Foto y Teledeteccion Forestal 2012

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA

SELVA

FACULTAD DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES

CURSO: F OTO OTOII NTERP NTERPRETAC RETACII ON Y TEL ED EDETE ETE CC CCII ÓN F OR ORES ESTA TAL L

ING. MSc. FERNANDO GUTIERREZ HUAMA N DOCENTE ASOCIADO [email protected]

NINO BRA VO MORALES AYUDANTE DE CATEDRA [email protected]

FOTOINTERPRETACION FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION TELEDETECCION FORESTAL

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PRESENTACION

La presente publicación se diseño dentro del marco del Curso de Fotointerpretación y Teledetección Forestal, que se viene ofreciendo en el presente semestre semestre 2012-I, por el Área de Manejo Forestal Forestal de la Facultad de Recursos Naturales Renovables, especialidad Ciencias Forestales de la UNAS. Se realizó mediante la sistematización de de notas de clases, clases, ejercicios dispersos, revisión bibliográfica bibliográfica y trabajos prácticos ejecutados, ejecutados, principalmente en el bosque húmedo tropical, y servirá a los estudiantes y personas interesadas en el que hacer forestal de esta tecnología, como una herramienta importante de recoger información cuali –cuantitativa –cuantitativa de los recursos forestales. Se agradece, a todas las personas, docentes y estudiantes que colaboraron en la preparación de la presente publicación. Asimismo quiero agradecer a mis hijos: Fernando, Eduardo y Cristian, por sus sugerencias y apoyo.


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INDICE GENERAL Página CAPITULO I. Conceptos básicos y Principios de la teledetección ........... 1 1.1.

Introducción ......................... ............ ........................... ........................... .......................... .......................... .................. .....

11

1.2.

Definiciones básicas .......................... ............ ........................... .......................... ......................... .................. ......

11

1.2.1. Teledetección ó Percepción Remota ......................... ............ .................... .......

11

1.2.2. Fotogrametría y Fotointerpretación .......................... ............ ....................... .........

12

1.2.3. Fotogrametría Fotogrametría Digital ......................... ............ .......................... .......................... .................. .....

12

1.2.4. Sensores Remotos .......................... ............ ........................... .......................... .................... .......

13

1.2.5. Plataforma ......................... ............ .......................... ........................... ........................... .................... .......

14

Principios de la Teledetección y componentes ......................... ............ .................. .....

14

1.3.1. Reflectividad ........................... .............. .......................... .......................... .......................... ................ ...

14

1.3.2. Espectro electromagnético .......................... ............ ........................... .................... .......

15

1.3.

1.3.3. Componentes en el proceso de reconocimiento de

1.4.

objetos de la Teledetección .......................... ............ ........................... .................... .......

17

Flujograma del proceso de la teledetección o percepción remota

20

1.4.1. Explicación del flujograma del proceso de la teledetección o percepción remota .......................... ............ ....................... .........

21

1.5.

Antecedentes y desarrollo de la percepción remota ..................... ............ .........

23

1.6.

Clasificación de la fotogrametría y fotointerpretación .................... ............. .......

24

1.6.1. Fotogrametría aérea análoga y digital ......................... ............ .................. .....

24

1.6.2. Fotogrametría terrestre. ......................... ............ .......................... .......................... ...............

24

1.6.3. Fotogrametría espacial. ......................... ............ .......................... .......................... ...............

24

1.6.4. Fotogrametría no topográfica. ......................... ............ .......................... .................. .....

24

1.6.5. Fotointerpretación y sensores remotos. ......................... ............ ................ ...

24


Página 3

CAPITULO II. Fotografía Aérea ...............................................................

25

2.1.

Fotografía Aérea. (Definiciones) ....................................................

25

2.2.

Trayectoria para la toma de fotografías aéreas convencionales ...

26

2.3.

Tipos de fotografías aéreas ...........................................................

27

2.3.1. Por el ángulo de posición del eje de la cámara................

27

2.3.2. Por algunas especificaciones en las fotografías aéreas .

29

2.3.3. Según las películas y filtros. .............................................

29

CAPITULO III. Cámaras aéreas o sensores ............................................

32

3.1.

Cámaras aéreas o sensores..........................................................

32

3.2.

Cámaras cartográficas (análogas y digitales) ................................

32

3.3.

Resolución .....................................................................................

33

3.3.1. Resolución espacial ..........................................................

33

3.3.2. Resolución radiométrica ...................................................

34

3.3.3. Resolución temporal .........................................................

34

3.4.

Representación digital de imágenes..............................................

34

3.5.

Correcciones de la imagen ............................................................

35

3.6.

Correcciones radiométricas ...........................................................

35

3.7.

Correcciones geométricas .............................................................

35

3.8.

Establecimiento de puntos de control ............................................

35

3.9.

Componentes de las cámaras aéreas ...........................................

36

3.10. Clasificación de las cámaras aéreas .............................................

36

3.10.1. Desde el punto de vista del campo angular. .....................

36

3.10.2. Según la distancia focal. ...................................................

36

3.10.3. Según su formato o tipo de registro de información..........

36

3.10.4. Material fotográfico ...........................................................

37

FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

Página 4

3.10.5. Inclinación del eje óptico. ..................................................

37

3.10.6. Según su uso. ...................................................................

37

3.10.7. Número de objetivos. ........................................................

37

3.11. Registros auxiliares de la cámara aérea cartográfica o métrica ....

38

3.12. Elementos que componen una capa raster ...................................

38

3.12.1. Imagen Landsat ................................................................

40

3.12.2. Combinación de bandas con Landsat ...............................

44

3.12.3. Análisis visual de imágenes de satélite (composición

4.1.

color) .................................................................................

45

3.12.4. Cálculo de NDVI ...............................................................

45

Proyecciones Geometrías (Referente a una fotografía aérea

aislada o imagen sencilla) .......................................................................

47

Proyección central ....................................................................................

47

4.2.

Geometría de la fotografía aérea...................................................

48

4.3.

Escala fotográfica (Ef) ..................................................................

49

4.4.

Otros métodos para determinar la escala fotográfica ....................

52

4.5.

Algunos problemas sobre escalas fotográficas .............................

53

4.6.

Factores básicos de la calidad de la imagen .................................

57

4.7.

Desplazamiento .............................................................................

58

4.7.1. Fuentes principales de desplazamiento ............................

58

Recubrimientos aéreos ..................................................................

61

CAPITULO V: Geometría de la Imagen doble o Estereoscopía ...............

63

5.1.

La estereoscopia ...........................................................................

63

5.2.

Visión seudoscópica ......................................................................

63

5.3.

Exageración estereoscópica del relieve ........................................

63

5.4.

Los factores que intervienen en la exageración ............................

63

4.8.


Página 5

5.5.

La visión estereoscópica ...............................................................

64

5.6.

Estereoscopios ..............................................................................

66

5.7.

Usos del estereoscopio .................................................................

69

5.8.

Orientación de un par estereoscópico ...........................................

69

5.9.

Paralaje Estereoscópico ................................................................

71

5.9.1. Medición de paralaje .........................................................

73

5.9.2. La barra de paralaje ..........................................................

73

CAPITULO VI. Imágenes de otros sensores para fotointerpretación forestal ............................................................................

74

6.1.

Imágenes de radar ........................................................................

74

6.2.

Imágenes de satélites ....................................................................

74

6.2.1. Satélites LANDSAT...........................................................

76

6.2.2. Satélites SPOT .................................................................

76

6.2.3. Satélites IKONOS .............................................................

76

6.2.4. Satélites QUICKBIRD .......................................................

77

Herramientas relacionadas ............................................................

77

6.3.

6.3.1. MultiSpec (http://cobweb.ecn.purdue.edu/~biehl/MultiSpec/) ............

77

6.3.2. FWTools (OpenEV) (http://openev.sourceforge.net/) ........

78

6.3.3. NASA Image2000 (http://www.ccpo.odu.edu/SEES/ocean/oc_i2k_soft.htm) .

78

6.3.4. GRASS (http://grass.itc.it/index.php) ................................

78

6.3.5. OSSIM (http://www.ossim.org/OSSIM/OSSIMHome.html)

78

6.3.6. RESORTE (http://www.dpi.inpe.br/spring/) .......................

78

6.3.7. ERDAS Imagine (http://gi.leicageosystems.com/default.aspx).......................................... FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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6.3.8. Image Analysis de ArcGIS ................................................

79

6.3.9. TNTmips (http://www.microimages.com/) .........................

79

6.3.10. ERMapper (http://www.ermapper.com/)............................

79

6.3.11. IDRISI (http://www.clarklabs.org/) .....................................

79

Aplicaciones en general.................................................................

80

CAPITULO VII. Metodología de la fotointerpretación forestal ..................

82

7.1.

Fotointerpretación forestal .............................................................

82

7.2.

Proceso de fotointerpretación ........................................................

82

7.3.

Delimitación de los niveles de detalle ............................................

83

7.4.

Unidades diferenciales de los bosques .........................................

84

7.5.

Claves de fotointerpretación ..........................................................

84

7.6.

Metodología de la fotointerpretación ............................................

85

7.6.1. Método de análisis de elementos......................................

85

7.6.2. Método de análisis fisonómico ..........................................

85

7.6.3. Método de análisis fisiográfico ..........................................

85

7.6.4. Método de análisis de patrones ........................................

86

Factores de interpretación .............................................................

86

CAPITULO VIII. Procedimiento de imagen satelitales e aéreas ...............

90

8.1.

Descargar imágenes satelitales de GLCF .....................................

90

8.1.1. Modo de búsqueda: Mapa ................................................

91

8.2.

Combinación de bandas en ArcGis 10 ..........................................

94

8.3.

Calcular el NDVI y la transformación Taselled Cap .......................

97

8.3.1. Calculo de NDVI con Raster Calculator ............................

97

Análisis de imagen satelital ...........................................................

99

8.4.1. Composición en Color Natural RGB 321 ..........................

100

6.4.

7.7.

8.4.


Página 7

8.4.2. Composición en falso color RGB 432 ...............................

102

8.4.3. Composición en Falso Color RGB 453 .............................

103


104


105


106

CAPITULO IX. Georeferenciación de unas imágenes fotográficas y vectoriales con ArcGis ....................................................


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Página 8

INDICE DE FIGURA Figura

Página

Comportamiento de su reflexión de la vegetación y el agua ....................

15

Regiones del espectro electromagnético útiles para la teledetección ......

16

Secuencia del proceso de la teledetección o percepción remota .............

21

Flujograma del proceso de la percepción remota ....................................

22

Paisajes investigados (Bd: bosque primario denso, Ba: bosque secundario, B/Ar: arbustos o purmas, Ar/Pa: ArbustosPastizal, Ag: Agricultura, Pu: Pueblos, Sd: Suelo desnudo o deforestados). ...............................................

22

A: Angulo de inclinación, B: Cobertura C. Altura de vuelo .......................

25

Fotografía aérea, donde observamos información de la densidad del bosque y su tonalidad de la copa de los árboles ...........

26

Proceso de las radiaciones para la toma de fotografías aéreas convencionales ...............................................................

27

Fotografía vertical ....................................................................................

28

Fotografía oblicua ....................................................................................

28

Región del espectro visible ......................................................................

33

Modelos digitales. Codificación de una variable cuantitativa en formato raster ...............................................................................

40

Modelos digitales. Codificación de una variable cualitativa en formato raster...............................................................................

40

Bandas de la Imagen Landsat-7 ETM+ ....................................................

43

Composición de colores. ..........................................................................

45

Proyección Central ...................................................................................

47

Proyección ortogonal ...............................................................................

48


Página 9

Geometría de la fotografía vertical ...........................................................

49

Desplazamiento por altura de objeto ........................................................

59

Desplazamiento por balanceo o inclinación del avión ..............................

60

Recubrimientos transversal y longitudinal ................................................

62

Estereoscopio de bolsillo .........................................................................

67

Esquema de la visión estereoscópica ......................................................

68

Estereoscopio de espejos ........................................................................

69

Orientación de un par de fotografías aéreas ............................................

71

La barra de paralaje .................................................................................

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CAPITULO I. Conceptos básicos y Principios de la teledetección

1.1. Introducción

La permanente inquietud del hombre por conocer el medio en que vive y desarrolla sus actividades, ha llevado desde el comienzo de los siglos a preocuparse por ingeniar los medios y herramientas necesarias para obtener medidas relativas y absolutas de los elementos físicos y naturales que lo rodean. Así, la ciencia de medir objetos a distancia por medio de sistemas e instrumentos que se utilizan para captar la energía y convertirlas en imágenes fotográficas, emprendió desde comienzo del siglo una acelerada evolución que ha sumado continuos progresos en los métodos e instrumentos que se utilizan, hasta llegar a cobrar una posición de privilegio, en los múltiples campos de su aplicación. La creciente preocupación sobre la protección del medio ambiente, el uso racional de nuestros bosques y junto a la necesidad de elevar el nivel de vida de las poblaciones actuales y de respetar el derecho de las generaciones futuras, se necesitan contar con información a diversos niveles de detalle, según las tareas que se deseen planificar y hagan posible el desarrollo forestal sostenible.

1.2. Definiciones básicas 1.2.1. Teledetección ó Percepción Remota Se define como la tecnología de observación terrestre desde el espacio, utilizando las propiedades de las ondas electromagnéticas emitidas, reflejadas o difractadas por los objetos, de acuerdo a la composición física y química que poseen estos. Son utilizados para fines de mejoramiento de gestión de los recursos forestales y la ordenación del territorio y protección del medio ambiente. De acuerdo a las definiciones anteriores para que sea posible la percepción remota se requiere que el objeto irradie algún tipo de energía. En la práctica todos los objetos con temperatura superior a cero absoluto irradian energía electromagnética, como consecuencia de la acción térmica y molecular. La base de los procesos de teledetección se encuentra en las características de las interacciones entre la energía incidente sobre la tierra y su interacción con sus componentes. El análisis de estas interacciones determina en gran medida la capacidad de interpretar estados, estructuras y cambios de la superficie terrestre. La teledetección es el “proceso a través del cual se obtiene información a distancia (sin contacto con los objetos) sobre las características de la FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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superficie terrestre, mediante el sensado y registro de la energía emitida o reflejada por la tierra” La teledetección o percepción remota es una técnica que ha ido evolucionando aceleradamente durante la última década con el advenimiento de la tecnología satelital. Sus orígenes se ubican con el inicio de las actividades aeronáuticas a principio de siglo XX, para ir evolucionando con el desarrollo de las actividades espaciales. Hoy en día, las definiciones de teledetección se utilizan para describir las actividades que realizan los satélites, trasbordadores espaciales o determinado tipo de aviones.

1.2.2. Fotogrametría y Fotointerpretación La fotogrametría es la ciencia de obtener mediciones precisas por medio de fotografías aéreas y otros sensores remotos. Esta definición aunque no incluye en el sentido estricto de la palabra interpretación de los elementos fotografiados, por lo tanto puede ser ampliada a la fotointerpretación ya que su finalidad es el levantamiento de mapas ya sean topográficos (por fotogrametría) o temáticos (por fotointerpretación). Además el proceso fotogramétrico incluye cierto grado de análisis y clasificación de los objetos fotografiados. rde levantamientos terrestres tradicionales De igual forma la fotointerpretación requiere en muchos casos de mediciones de relativa precisión. Podría decirse en síntesis que la fotogrametría utiliza las fotografías con fines cuantitativos, en tanto que la fotointerpretación lo hace con fines cualitativos. Fotogrametría Fotointerpretación Significados de donde provienen: Foto Grama Métrica

= = =

Medición (Cuantitativa) Medición (Cualitativa) que significa luz que significa dibujo que significa medición reemplazada por

las

1.2.3. Fotogrametría Digital En esta nueva tecnología digital, para la captura de información, la incidencia de los rayos luminosos sobre la superficie plana de la cámara, no es registrada o impresionada fotográficamente o químico, sino por medios puramente electrónicos (denominado sensor electrónico), para después utilizar técnicas computarizadas que permiten simular la visión humana y realizar el reconocimiento. Por lo tanto la fotogrametría digital utiliza imágenes en forma digital es decir una imagen almacenada en una computadora como elementos de imagen llamados” píxel” FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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1.2.4. Sensores Remotos Son todos aquellos instrumentos sensibles para captar objetos o información sobre superficies extensas y de manera repetitiva de gran utilidad para el análisis de paisaje. Utilizados en la teledetección o percepción remota, que nos permite obtener información visual o numérica de los objetos. Es decir son dispositivos capaces de caracterizar adecuadamente una escena mediante la medición de un número selecto de variables. Ejemplo: la vista, oído y olfato, las cámaras convencionales, los detectores infrarrojos, el radar, etc. son típicos sensores remotos. Los sensores que utilizan la energía naturalmente disponible son llamados sensores pasivos. Los sensores activos proveen de su propia fuente de energía para “iluminar” la superficie terrestre. Estos sensores emiten radiación dirigida hacia el área de interés y luego detectan la porción de esa radiación que es reflejada. La principal ventaja de estos sensores es que pueden operar de día y de noche. Pueden emitir radiación diferentes a la emitida por el sol (ejemplo tenemos las microondas), pudiendo obtener otras informaciones de la superficie terrestre. A continuación, cómo funciona la teledetección pasiva y activa.


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1.2.5. Plataforma Es el lugar donde se coloca o monta el sensor remoto para obtener una visión de conjunto de la escena. La plataforma puede ser un globo, un avión, helicóptero o un satélite Para que los sensores puedan obtener la información es necesario que estén montados sobre algún soporte o plataforma. Los satélites son plataformas más comunes para sensores remotos. Aunque también existen sensores remotos montados sobre aviones o sobre estructuras fijas (ejm. radiómetros). Los satélites tienen características particulares que los diferencian entre ellos. La órbita de un satélite describe de qué manera se ubica en relación a la tierra. Existen dos principales tipos de órbitas satelitales: - Órbita geoestacionaria, en la cual la velocidad de desplazamiento del satélite es igual a la velocidad de rotación de la tierra. De esta manera el satélite esta “estacionado” observando siempre la misma porción de la superficie. - Orbita heliosincrónica, en la cual el movimiento del satélite es cuasi polar lo que permite que las imágenes sean tomadas siempre a la misma hora local. Otras de las características de los satélites, es el área cubierta por la imagen tomada por el satélite en cada pasada. Comúnmente esto tiene relación con la escala espacial y con el ángulo de visión del sensor. Cuando el área cubierta es pequeño toda el área de una imagen esta directamente debajo del sensor, lo que implica que la observación es nadir.

1.3. Principios de la Teledetección y componentes 1.3.1. Reflectividad La reflectividad de los cuerpos varía según la longitud de onda que incide sobre ellos. Normalmente la reflectividad de los cuerpos aumenta a medida que la longitud de onda disminuye. No obstante existen cuerpos donde esta relación es inversa (nieve) o irregular (vegetación). También la reflectividad está influenciada por la textura del cuerpo. Para una misma longitud de onda, la reflectividad más baja se encuentra en el agua. Aumenta para el suelo, vegetación enferma, vegetación sana. Es máxima para la nieve. Repuesta de la vegetación: Cuando se va a realizar un análisis de la superficie de la vegetación a través de imágenes de satélite hay que tener en cuentas aspectos como la morfología de la cubierta (estado fenológico, proporción de sombras, geometría del follaje, la ubicación en el relieve, etc.) y su asociación con otras cubiertas o especies.


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Repuesta del suelo: La respuesta del suelo a la reflectividad de las longitudes de onda está influenciada por características como la composición química, textura, estructura y contenido de humedad. El contenido de materia orgánica en el suelo reduce su reflectividad. Repuesta del agua: La respuesta del agua varía según la longitud de onda, dentro del espectro óptico e infrarrojo. El agua tiende a absorber la energía a medida que la longitud de onda aumenta En el caso de las microondas, éstas son reflejadas especularmente si el agua esta tranquila. Cuando hay turbulencia u oleajes la energía es reflejada en varias direcciones. También la respuesta del agua está influenciada por la profundidad y el contenido de sedimentos que contribuyen a reflejar la energía, cuando esta llega hasta las partículas o al fondo del agua. En el caso de la nieve, la reflexión disminuye a medida que la longitud de onda aumenta. Cuando se está trabajando con microondas la reflexión es muy alta nuevamente. La reflectividad dependerá del grado de compactación, tamaño de los cristales de hielo e impurezas contenidas. A partir de medidas en laboratorios se ha conseguido obtener algunos comportamientos de las principales cubiertas terrestres. Por ejemplo mientras alguna, como la nieve presenta una respuesta uniforme porque refleja la mayor parte de la energía. Otras como el agua, presentan una respuesta inversa, porque absorbe la mayor parte de la energía recibida. La vegetación presenta un comportamiento muy variado en su reflexión, según el tipo de especie, edad, fenología, estación del tiempo, etc. Figura 1.

Figura 1: Comportamiento de la reflexión de la vegetación y el agua

1.3.2. Espectro electromagnético El espectro electromagnético es la organización de bandas de longitudes de onda o frecuencia desde las más cortas a las más largas (Figura 2). Para la FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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teledetección solo algunas de estas bandas son utilizadas. Entre las bandas más utilizadas tenemos:

Nombre de la banda Ultravioleta Visible  Azul Verde  Roja  Infrarroja térmica Infrarroja cercana  Infrarroja media  Infrarroja lejana  Microondas

Longitud de Onda(µm) 0.1-0.38 0.4-0.7 0.4-0.5 0.5-0.6 0.6-0.7 0.7-14 0.7-1.3 1.3-3.0 3.0-14 1mm – 1m

La mayoría de los sensores operan en uno o más de los rangos del espectro electromagnético. Las cámaras fotográficas por ejemplo operan normalmente en la banda de las ondas visibles y un poco en ultravioleta (0.3 a 0. 7 µm). A medida que aumenta la longitud de onda, el contenido de energía disminuye, por eso es más difícil registrar la radiación de longitud de onda larga.

Figura 2. Regiones del espectro electromagnético útiles para la teledetección El espectro electromagnético, comprende todo el rango de longitudes de onda, desde las longitudes de onda corta (por ejm. rayos X) hasta las longitudes de onda larga (incluyendo ondas de radio). Existen varias regiones del espectro electromagnético que son útiles para la teledetección. FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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La porción ultravioleta del espectro electromagnético representa las longitudes onda más corta que pueden ser utilizadas en teledetección. Algunos materiales de la superficie terrestre como algunas rocas y minerales emiten luz visible cuando son iluminados con radiación ultravioleta. El espectro visible (a nuestros ojos) representa una porción muy pequeña de espectro electromagnético. Todos los elementos que nosotros podemos diferenciar en este rango de longitudes de onda son captados también por los sensores remotos. Es definida como la radiación capaz de producir la sensación de visión para el ojo humano normal. Presentan una pequeña variación de longitud de onda (0.380 a 0.750 µm). Importante para la Percepción Remota, ya que las imágenes obtenidas en esta faja, generalmente presentan una excelente correlación con la experiencia visual del intérprete. La porción del infrarrojo (IR) es al menos 100 veces mas amplio que la porción del visible. El IR puede ser dividido en dos partes: el IR reflejado y el IR emitido. La radiación en el IR reflejado se usa en teledetección de una manera similar a la radiación en el visible. La región del IR emitido (térmico) representa la radiación emitida por la tierra en forma de calor. La región de las microondas se sitúa en la faja de 1mm a 1m. adquirió interés recientemente para la teledetección ya que se puede extraer otro tipo de información sobre los objetos (posición, arquitectura) que depende de características particulares de los objetos (por. ej. su contenido de agua)

1.3.3. Componentes en el proceso de reconocimiento de objetos de la Teledetección Para cualquier proceso de la percepción remota es necesario que se tomen en cuenta los siguientes aspectos: 

   

Una fuente de iluminación o energía (el sol en el caso de los sensores pasivos y un recurso propio a bordo del satélite en el caso de los sensores activos), Influencia de la atmósfera (que modifica la respuesta que recibe el sensor del satélite), Interacción con la superficie (que depende en mucho de sus propiedades físico-químicas, su forma y textura de los objetos) Que se registren y procesen los datos, Aplicación a un estudio determinado

La energía que recibe el sensor, depende de las propiedades de la superficie (reflectividad de la cubierta, condiciones atmosféricas, geometría de la observación, rugosidad de la superficie). En base en ello, se dan varias denominaciones de acuerdo a su comportamiento. Por ejemplo, los cuerpos negros absorben y emiten toda la energía. Los cuerpos blancos reflejan la FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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energía por completo. Los cuerpos grises absorben y emiten en forma constante la energía incidente en diferentes longitudes de onda.

Interacción atmósfera y radiación La atmósfera no es un cuerpo transparente. En ella se encuentra pequeñas partículas en suspensión que interactúan con la radiación incidente. La energía al chocar con estas partículas puede ser dispersada, absorbida o emitida dependiendo de la longitud de onda. Por lo general a mayor longitud de onda la dispersión disminuye, en tanto la absorción presenta comportamientos variables. Las porciones del espectro electromagnético donde la radiación no es absorbida y llega a la superficie de la tierra se denominan ventanas atmosféricas. Son de gran importancia para diseñar los sensores de los satélites para captar dentro de estas longitudes de onda.

También la atmósfera emite parte de la energía absorbida en forma de calor. Este tipo de energía es registrada principalmente por los sensores diseñados para generar información de las energías electromagnéticas del infrarrojo térmico.

Interacción radiación y superficie La energía que llega a los cuerpos, incide en la superficie y puede sufrir tres procesos: ser reflejada (R), absorbida (A) o transmitida (T). Por lo tanto la energía incidente (I) será la sumatoria de todos los anteriores procesos. I=R+A+T La energía reflejada y el calor que los cuerpos emiten, es la energía que los sensores de los satélites reciben, después de interactuar nuevamente con la atmósfera, a continuación un ejemplo.


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Sensores activos Los sensores activos, se basan en que proveen su propia fuente de energía que emiten hacia los cuerpos y reciben la señal de retorno. Entre los sensores activos más comunes están los radares, que pueden trabajar bajo cualquier condición atmosférica. Tanto de día como de noche. Estos sensores trabajan principalmente en la región de las microondas. Sensores pasivos Los sensores pasivos de la teledetección reciben la señal de una fuente de luz o energía externa reflejada por la superficie de los cuerpos. Estos sensores están incluidos sobre la mayoría de los satélites que manejan las bandas del espectro visible. En resumen, el proceso de reconocimiento de objetos a distancia intervienen los siguientes elementos:

A. La energía, cuya fuente principal proviene del sol. Sin embargo en la actualidad hay una cierta variedad de tipos de energía producidas artificialmente en la tierra, sin que existan diferencias físicas significativas entre la energía natural y artificial. B. Los elementos de la superficie terrestre, es el objeto en estudio (Suelo, Agua, Vegetación, Construcciones etc.) que emiten energía de acuerdo a las características físicas y químicas que lo componen. C. La atmósfera, constituye un medio de propagación de las ondas electromagnéticas. Estas energías sufren en su paso obstáculos y de ahí que existan determinadas bandas del espectro llamadas ventanas atmosféricas, donde la radiación que atraviesa no sea afectada significativamente por la reflexión, absorción difusión causados por los componentes atmosféricos D. Sistema sensor, es el instrumento que capta la energía que proviene de la cubierta terrestre, y almacena de diferentes formas codificándolas, grabándolas y enviándolas al sistema de recepción. El sistema comprende el sensor (detector) y de plataforma (avión o satélite) E. Sistema de recepción, es la base fundamental de la obtención de información, que graba en un formato apropiado. La corrige si es necesario.


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F. Interprete, es el que analiza la información analógica (papel) o digital. Extrae los datos relevantes y la convierte en una clave temática o cuantitativa que facilita la evaluación del problema en estudio. G. Usuario final, es la persona o especialista forestal que analiza la información interpretándola y toma las decisiones. 1.4. Flujograma del proceso de la teledetección o percepción remota A continuación en la figura 3, se muestra la secuencia del proceso y de sus componentes: La transmisión, recepción, procesamiento y análisis de los datos obtenidos. A. Fuente de energía B. Radiación y Atmósfera C. Interacción con la superficie D. Sensor E. Transmisión, Recepción y Procesamiento F. Interpretación y Análisis G. Aplicación


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Figura 3: Secuencia del proceso de la teledetección o percepción remota

1.4.1. Explicación del flujograma del proceso de la teledetección o percepción remota El proceso de percepción remota (figura 3 y 4) se inicia en un emisor (A) o fuente de energía que emite ondas electromagnéticas a través de un medio de propagación, que es la atmósfera (B). La energía recibida por el objeto (C) es reflejada y enviada a través del mismo medio de propagación (B) hacia el sensor remoto cuyo detector de energía (D) recibe las ondas reflejadas. La energía recibida es transformada y cuantificada para ser registrada (E) en forma gráfica (fotografía) o en forma digital (cintas magnéticas).La información permanente obtenida grafica o digitalmente debe ser analizada, procesada o interpretada a fin de lograr los fines de estudio (F), es decir la obtención de la información deseada para la toma de decisiones (G).En la figura 5, se observa la información temática o cuantitativa que facilita el estudio de la teledetección forestal.


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Figura 4: Flujograma del proceso de la teledetección

Figura 5. Paisajes investigados (Bd: bosque primario denso, Ba: bosque secundario, B/Ar: arbustos o purmas, Ar/Pa: Arbustos-Pastizal, Ag: Agricultura, Pu: Pueblos, Sd: Suelo desnudo o deforestados).


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1.5. Antecedentes y desarrollo de la percepción remota En 1759 Lambert estableció las matemáticas para la transformación de una perspectiva. En 1836 se inventó el estereoscopio mediante el cual se introdujo el concepto de doble imagen para observación de la tercera dimensión. En 1837, se produce la primera fotografía en blanco y negro En 1858, se produce la primera fotografía aérea. En Alemania en 1858, se realizó un levantamiento de obras arquitectónicas por medio de intersección fotogramétrica a base de dos fotografías del mismo objeto tomadas desde ángulos diferentes. En 1900 en Austria, innovaron la fotografía aérea empleando una cámara de ocho lentes sostenida en un globo. La dificultad de poder determinar la posición del globo en el momento de tomar las fotografías, rápidamente fue superada con el invento de los globos dirigibles. En 1909 con el invento del avión en la Primera Guerra Mundial, la f otogrametría aérea adquirió gran desarrollo. Se construyeron las primeras cámaras aéreas para toma de fotografías en series. A partir de la década del 50, se desarrollaron métodos analíticos de triangulación aérea y se diseñaron nuevos instrumentos de restitución y de aerotriangulación. El perfeccionamiento de las cámaras aéreas, los nuevos métodos de triangulación semianalítica, los equipos de ortofotografía y la automatización de instrumentos han caracterizado el desarrollo de la fotogrametría. En los últimos tiempos junto con los llamados sensores remotos han venido a enriquecer la capacidad del hombre para conocer y evaluar los recursos de la tierra. Así tenemos que en 1957, se envía el primer satélite al espacio (Sputnick). Otro hecho importante, en 1967 se inventa el radar de apertura sintética. En 1972 se lanza el primer satélite LANSADT y en 1986 se lanza el satélite SPOT, y el año 1999 el IKONOS. El uso de satélites, radares, plataformas espaciales, la fotografía multiespectral y demás sistemas de percepción abren el campo del futuro en la fotogrametría espacial y en la microfotogrametría cuyas aplicaciones se proyectan a nuevos horizontes científicos y tecnológicos. Hoy en día disfrutamos de la oportunidad de aprovechar las imágenes fotográficas en: Catastro Rural y Urbano  Mapeo de suelos  Planificación de carreteras  Investigación Ambiental, Cuencas hidrográficas, Vegetación  Ecoturismo  Desastres naturales  Eventos climáticos  Cartografía forestal   Inventarios de agua superficial y humedales  Deforestación y uso de suelo FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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

Monitoreo de cambios de uso de la tierra y etc

1.6. Clasificación de la fotogrametría y fotointerpretación El rápido desarrollo tecnológico de la fotogrametría y fotointerpretación y sus múltiples aplicaciones ha creado la necesidad de separarla o dividirla en grandes campos, teniendo en cuenta el tipo y posición espacial de la cámara y su propósito de estudio. Se clasifico en 5 grandes grupos:

1.6.1. Fotogrametría aérea análoga y digital Es la que utiliza vistas aéreas del terreno tomadas con cámaras métricas montadas en un avión. Se incluyen dentro esta clasificación cámaras fotogramétricas aéreas digitales, el flujo de trabajo de los vuelos aéreos fotográficos va a cambiar en comparación con el método tradicional de película con cámaras analógicas.

1.6.2. Fotogrametría terrestre. Es la parte de la fotogrametría que utiliza fotografías tomadas desde una posición fija y usualmente conocida sobre el terreno con el eje de la cámara horizontal o casi horizontal.

1.6.3. Fotogrametría espacial. Abarca los aspectos de fotografía espacial y mediciones hechas con la cámara colocada fija sobre la tierra, contenida en un satélite o colocada en un planeta.

1.6.4. Fotogrametría no topográfica. Comprende sus aplicaciones en ciencias biológicas, tráfico, urbanísticas, turismo, etc.

1.6.5. Fotointerpretación y sensores remotos. La fotointerpretación trata de la identificación y análisis de objetos que aparecen en las fotografías y determina su significado y puede ser aplicada a diferentes campos tales como geología, suelos, agricultura, ingeniería forestal, etc. Sin embargo, la fotointerpretación puede hacerse con imágenes obtenidas por medios diferentes al del proceso fotográfico. Este grupo de imágenes se obtienen mediante los llamados sensores remotos los cuales captan a través de dispositivos especiales, características físicas de los objetos a distancia mediante anchos de longitudes diferentes a la de la luz.


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CAPITULO II. Fotografía Aérea 2.1. Fotografía Aérea. (Definiciones) La fotografía aérea, es una grabación instantánea de detalles de la tierra, por la lente focal de la cámara y la altura de vuelo del avión en el momento de la exposición y la filmación por la película y filtros usados. También es definida como la composición de imágenes fotográficas, las cuales hacen los elementos de reconocimiento usados para la interpretación. Las fotografías aéreas es una proyección de perspectiva, que es geométricamente relacionada al tipo de cámara en las cuales es tomada. Con el eje de ángulo vertical, llamadas fotografías verticales (Figura 6)

Figura 6: A: Angulo de inclinación, B: Cobertura C. Altura de vuelo

Fotografía aérea. Son imágenes de la reflexión por los objetos, de radiaciones electromagnéticas del espectro visible (rango de 0.4 – 0.7 m= micrómetros). (Figura 7) Las radiaciones que atraviesan la atmósfera lo hacen aprovechando las llamadas ventanas atmosféricas como son la luz visible. Es decir la cantidad de color rojo, azul y verde, que es reflejada por los objetos y que nuestro ojo percibe. Las radiaciones infrarrojas y ultravioletas que nuestro ojo no percibe, que se da en el visible, también proceden del sol. Lo que se conoce también región óptica del espectro o espectro fotográfico. El espectro fotográfico incluye parte de las ondas ultravioletas, toda la región visible y parte del infrarrojo (llamado infrarrojo fotográfico).Cuyo espectro está entre: 0.3-3.0 m (micrómetros) Una cámara cartográfica digital calcula en distancias las muestras del terreno o resolución sobre el terreno y no en escala fotográfica. La altura del vuelo, la longitud focal y el tamaño en píxeles de los sensores electrónicos, son el FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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parámetro que se utiliza para el cálculo de la fotogrametría. Es posible reducir, ampliar, los elementos captados.

Figura 7: Fotografía aérea, donde observamos información de la densidad del bosque y su tonalidad de la copa de los árboles

2.2. Trayectoria para la toma de fotografías aéreas convencionales En el caso de las fotografías aéreas el sol es la fuente de energía electromagnética. Sus ondas se propagan a través de la atmósfera hasta el terreno que es nuestro objeto de estudio. La energía se refleja y atraviesa nuevamente la atmósfera, hasta llegar a la cámara aérea cuya parte sensora esta representada por la emulsión fotosensible como observamos la Figura 8. Luego la energía recibida es químicamente transformada produciendo una imagen fotográfica. El funcionamiento de una cámara digital, es muy parecido al funcionamiento de una cámara analógica. El almacén de películas se sustituye por una unidad de almacenamiento masivo y reforzado que, se puede intercambiar en el aire durante el vuelo para ampliar su capacidad, al igual que los rollos de películas sustituibles.


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Figura 8. Proceso de las radiaciones para la toma de fotografías aéreas convencionales

2.3.

Tipos de fotografías aéreas análogas

Las fotografías aéreas, pueden clasificarse según el ángulo de posición del eje de la cámara, las especificaciones inherentes a la fotografía, la exposición, uso de películas y filtros.

2.3.1. Por el ángulo de posición del eje de la cámara Fotografías verticales. Son aquellas que han sido tomadas con la cámara colocada lo más cerca posible de la vertical. Lo que es lo mismo que el eje óptico de la lente de la cámara sea paralelo a la línea nadir. Las fotografías verticales se asemejan bastante a un mapa. Figura 9 


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Figura 9: Fotografía vertical

Fotografías oblicuas. Son aquellas que han sido obtenidas con el eje de la cámara inclinada con respecto a la vertical es decir una posición oblicua. Pueden ser de gran ángulo y de ángulo pequeño. En estas fotografías la escala no es uniforme, por lo que presentan dificultades para la visión estereoscópica. Figura 10. 

Figura 10: Fotografía oblicua



De gran ángulo. Cuando aparece el horizonte. De pequeño ángulo. Cuando no aparece el horizonte.



Fotografías combinadas.




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Se usan combinaciones de una fotografía vertical y varias oblicuas. Para este propósito se utilizan varias cámaras que toman las fotografías verticales y oblicuas, simultáneamente.  Fotografías rectificadas. A veces no es posible tomar fotografías con el eje de la cámara completamente vertical. Es necesario en algunos casos rectificar las fotografías cuando estas son de ángulo tolerable se llaman fotografías rectificadas.

2.3.2. Por algunas especificaciones en las fotografías aéreas 

 

La escala. Pueden ser: De escala muy grande = (1:200 – 1:3000), De escala grande = (1:3000 – 1:5000), De escala mediana = (1:10000 – 1:25000) De escala pequeña = (1:25000 a más) Por el lente. Pueden ser fotografías de distancias focales de 150 mm para áreas planas y 210 a 300 mm para áreas montañosas. Por el ángulo de exposición. Medido diagonalmente, las fotografías aéreas pueden ser de ángulo pequeño, normal, gran angular y súper gran angular. a) De ángulo pequeño. Es utilizado con fines militares. El ángulo de exposición es menor de 50º. b) De ángulo normal. Oscila entre 50º y 75º. Se utiliza con éxito en la elaboración de mapas de ciudades en donde se requiere gran precisión planimetrica, debido a la relación favorable entre la base aérea y la altura de vuelo. c) Fotografía gran angular. Se utiliza corrientemente en todos los campos de la fotogrametría y la fotointerpretación. Además sobre la base de esta fotografía se han diseñado muchos de los instrumentos fotogramétricos de uso más universal que llega hasta un ángulo de exposición de 100º. d) Fotografía súper gran angular. Su utilización permite grandes economías en todo el proceso fotogramétrico para producción de mapas, por cubrir cerca al doble del área del terreno que cubre una fotografía gran angular con una precisión equivalente.Su campo angular es de 120º.

2.3.3. Según las películas y filtros. La combinación de películas y filtros de diferentes colores y del espectro fotográfico a que fueron expuestas es de importancia en trabajos de índole forestal, ya que afecta el tono o las diferentes tonalidades que permiten distinguir rasgos característicos de la vegetación. Ejemplo, podemos diferenciar especies de confieras y latifoliadas. Las fotografías aéreas pueden ser: Pancromáticas (en blanco y negro), de infrarrojo (en blanco y negro), fotografías a color o fotografías infrarrojas a color; FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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  

Pancromáticas (blanco y negro) Infrarroja (blanco y negro) Fotografías a color

Pancromáticas Las fotografías pancromáticas (blanco y negro) han sido hasta el momento las más utilizadas en fotogrametría y en fotointerpretación. En ella se registra todo el espectro visible, y con el fin de evitar los efectos de pérdida de nitidez que produce la bruma atmosférica. Generalmente son tomados con filtros de color amarillo Es sensible principalmente a los colores azul y verde, y como los árboles y demás detalles forestales son de color verde, por lo tanto se deduce que esta película permite obtener muy buen contraste de tonos. Produce fotografías de alto contraste y registra detalles muy pequeños. Para propósitos forestales tiene una desventaja de que esta película no es altamente sensible al color verde y el trabajo de identificación de especies con el estereoscopio es más difícil. Su sensibilidad va desde 0.40 a 0.68 micrómetros; cubre las radiaciones del azul, violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo, es decir todo el espectro electromagnético visible. Es la película más diferenciada y usada en la actualidad y estará presente aún por muchos años en el ámbito de la fotointerpretación forestal. 

Infrarroja (blanco y negro) Es altamente sensible a las radiaciones infrarrojas y es útil para la separación de las especies forestales por medio del follaje. Especialmente de especies de hojas anchas. Distinción entre árboles sanos y enfermos. Fácil diferenciación en las fotografías infrarrojas entre las superficies de agua y suelo y ente los suelos húmedos y secos. Su sensibilidad abarca desde 0.55 a 0.84  m. Se caracteriza por una gran sensibilidad al azul, una falta de ésta en la faja verde y una marcada sensibilidad en la faja del infrarrojo cercano. La película infrarroja se usa mucho en la fotointerpretación forestal para separar especies confieras de latífoliadas, que aparecen bastante contrastadas. Son importantes además en estudios hidrológicos ya que por la característica del agua de absorber la radiación infrarroja, los cuerpos y cursos de agua aparecen claramente identificados en la imagen, presentando una tonalidad oscura casi negra. 

Con el objeto de enfatizar o detener la radiación de alguna longitud de onda del espectro a la cual la película usada es sensible se usan filtros. Estos filtros constituyen una pantalla que se interpone al paso de la luz con el fin de excluir ciertas longitudes de onda y dejar que pasen otras.



. Fotografías a color. Las fotografías a colores está compuesta de tres capas sensibles cada una a un color aditivo primario (azul, amarillo, rojo), es decir sensible a las longitudes de onda que van desde 0.4 a 0.7  .m Después de la FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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exposición y mediante el proceso de desarrollo, cada una de las capas adquiere un color sustractivo determinado. Con el objeto de enfatizar o detener la radiación de alguna longitud de onda del espectro a la cual la película usada es sensible se usan filtros. Estos filtros constituyen una pantalla que se interpone al paso de la luz con el fin de excluir ciertas longitudes de onda y dejar que pasen otras.


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CAPITULO III. Cámaras aéreas o sensores 3.1. Cámaras aéreas o sensores Las cámaras aéreas ó sensores remotos, son instrumentos de la fotogrametría que registra la información de la superficie terrestre por medios fotográficos o digital (mediante un sensor electrónico). Cuando la finalidad del proceso es la de obtener información métrica, la cámara que se utiliza debe ser de una alta precisión pues todo este proceso depende en primera instancia de la planificación de vuelo y la calidad de la fotografía. Sin embargo es importante comprender que este es solamente un instrumento dentro del conjunto de sensores utilizados para captar propiedades físicas de los objetos a distancia y sin que exista un contacto directo entre el sensor y el objeto sensado. Desde este punto de vista las cámaras aéreas es solo uno de los instrumentos de teledetección. Estos instrumentos han sido diseñados para percibir la información del terreno dentro de un determinado rango del espectro electromagnético, la región del visible. (Figura 11).

3.2. Cámaras cartográficas (análogas y digitales) Las cámaras cartográficas o cámaras métricas son instrumentos de alta precisión que tienen una orientación interior estable, relativa a los elementos calibrados tales como la distancia focal, la posición de las marcas fiduciales, el eje óptico, el plano focal, etc.


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Figura 11. Región del espectro visible

3.3. Resolución La resolución de un sensor es su habilidad para registrar información en detalle de las distintas cubiertas. La resolución depende de la capacidad de los sensores para distinguir variaciones de la energía electromagnética del detalle espacial que captura y del número y ancho de las bandas que alberga.

3.3.1. Resolución espacial Es el objeto más pequeño que puede ser distinguido sobre la imagen. Define el tamaño del píxel, que es la distancia correspondiente al tamaño de la mínima unidad de información en la imagen. En sensores de antena, la resolución depende del radio de apertura, de la altura de la plataforma y de la longitud de la onda. A mayor radio, menor altitud y menor longitud de onda, la resolución es más detallada. Solo se pueden discriminar en la imagen, elementos de tamaño superior a la resolución FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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espacial (es decir, al tamaño del píxel). La resolución espacial está relacionada con la escala de trabajo y la confiable. Es el número y el ancho de las bandas espectrales que puede discriminar el sensor. Los satélites pueden clasificarse como monoespectrales, caso de los radares que presenta solo una banda. Las multiespectrales presentan de 2 a varias bandas, y las hiperespectrales capaces de obtener información simultánea de cientos de bandas.

3.3.2. Resolución radiométrica Es la sensibilidad del sensor, es decir, la capacidad para detectar variaciones en la radiancia espectral que recibe. Determina el número de niveles de gris recogidos en el film. Se expresa en niveles por pixel (64-128256-1024). A mayor resolución radiométrica, mejor interpretación de la imagen. El pixel mixto es definido por una señal intermedia a las cubiertas que lo componen.

3.3.3. Resolución temporal Es la periodicidad con que el sensor adquiere imágenes de la misma porción de la superficie terrestre. Está en función de las características orbitales de la plataforma (altura, velocidad e inclinación) y del diseño del sensor (ángulo de observación y ángulo de cobertura). El ciclo de recubrimiento es el tiempo que tarda el sensor en pasar sobre la misma porción de la Tierra. El periodo orbital es el tiempo que él tarda en circundar la tierra.

3.4. Representación digital de imágenes La unidad visual más pequeña que se puede visualizar en una imagen se denomina píxel. El sensor detecta la radiancia media de una parcela de terreno equivalente al tamaño del pixel. Este valor se traduce a un valor numérico al que llamamos nivel digital. A partir del cual se realiza el tratamiento digital de las imágenes. Cada píxel tiene un valor numérico entero o real, que corresponde al nivel digital (ND) percibido, el cual se traduce en un valor de gris en la pantalla o nivel visual. El arreglo de varios píxeles genera la imagen que se puede interpretar como una matriz con coordenadas fila, columna, cuyo valor (o valores) de celda corresponden a la dimensión espectral. En el caso de sensores multiespectrales se tienen muchas matrices o bandas. Para cada una de las cuales existe un sensor. La imagen de radar tiene una sola banda, puesto que tiene sólo un sensor. Los sensores hiperespectrales pueden tener cientos de bandas. Cada píxel se define por un byte y éstos pueden estar descritos con arreglos de 8 bits con 256 niveles digitales posibles (28, de 0 a 256 niveles); de 16 bits no signado con 65536 niveles digitales posibles (de 0 a 216); de 16 bits signado (desde -216/2 a 216/2). La imagen que más discriminación nos da de niveles de grises está configurada en 32 bits real.


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3.5. Correcciones de la imagen Las operaciones básicas de la teledetección pueden incluir procesos de visualización y realce de la imagen. Operaciones más avanzadas involucran procesos de correcciones geométricas, radiométricas y clasificación digital. Las correcciones radiométricas y geométricas de la imagen se hacen con el propósito de preparar los datos para realizar estudios precisos. Las fuentes de error más comunes en la calidad espectral de la imagen son las originadas por el movimiento de la plataforma que genera cambios en la escala y la falta de calibración del sensor. Estas son corregidas generalmente en la estación receptora. Las generadas por la dispersión atmosférica son más sensitivas a las longitudes de onda cortas.

3.6. Correcciones radiométricas Las correcciones radiométricas modifican los ND originales con el objetivo de acercarlos a una recepción ideal. Generalmente comprenden la restauración de líneas o píxeles perdidos, y las correcciones atmosféricas. La corrección atmosférica no es aplicable a imágenes de radar debido a que la atmósfera es transparente a las microondas.

3.7. Correcciones geométricas Las correcciones geométricas en la imagen se hacen con el propósito de orientar la posición de los píxeles a un sistema de referencia. El proceso comprende tres pasos: 1. La localización de puntos de control que relacionan los valores de coordenadas a un sistema de referencia. 2. La transformación de las coordenadas de la imagen a algún tipo de coordenada cartográfica, para lo cual se utiliza un modelo de transformación de las coordenadas de la imagen al sistema de referencia. 3. El remuestreo o reubicación de los píxeles a una nueva posición y asignación del nuevo valor de ND de acuerdo al método de asignación seleccionado (vecino más cercano, bilineal, cúbico). En el caso en que hacemos una corrección del desplazamiento debido al relieve, además de las anteriores correcciones geométricas, tendríamos una que toma en cuenta la elevación del punto, denominada una ortorectificación de la imagen, cuyo producto es una ortoimagen de nuestra zona de interés.

3.8. Establecimiento de puntos de control Se trata de localizar una serie de puntos correspondientes entre la imagen y una información de referencia para extraer sus coordenadas (coordenadas de imagen y coordenadas de referencia) y generar una función que los relacione. La exactitud del proceso de corrección geométrico depende de la precisión con que se ubiquen los puntos. Los puntos de control deben ser ubicados cuidadosamente sobre rasgos identificables y distribuidos uniformemente sobre la imagen. Tratando de cubrir todo el rango de altura posible. FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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La información de referencia puede provenir de una imagen ya corregida geográficamente (georeferenciada), de vectores digitalizados de mapas, mapas o puntos de posicionamiento global (GPS).

3.9. Componentes de las cámaras aéreas Los componentes principales de una cámara aérea son: El conjunto del sistema de lentes y sistema óptico o sistema digital El cono de la lente, compuestos sistemas ópticos internos. El cuerpo de la cámara. El almacén de la película, donde van los rollos continuos de 24 cm. de ancho y de 200 m de largo. Como es el caso de las cámaras análogas. En el caso de las cámaras aéreas digitales, es registrada en forma digital. La ventaja de la información digital es la capacidad de poder manipular la información registrada a través de software.

3.10. Clasificación de las cámaras aéreas Las cámaras aéreas pueden ser clasificadas desde distintos puntos de vista y principalmente con respecto a su campo angular, distancia focal, del t ipo de registro de información, material de base de la emulsión, inclinación del eje óptico y uso.

3.10.1. Desde el punto de vista del campo angular. Las cámaras se subdividen en tres grupos: a) Normales. Cuando su campo angular es inferior a 75º. b) Gran angular. Campo angular comprendido entre 75º y 100º. c) Súper gran angular. Campo angular superior a 100º.

3.10.2. Según la distancia focal. a) De distancia focal corta. Hasta 150 mm b) De distancia focal normal. Entre 150 a 300 mm c) De distancia focal larga. Más de 300 mm 3.10.3. Según su formato o tipo de registro de información Las cámaras pueden clasificarse como:

Cámaras con formato o fotográfico. Son las que producen en un intervalo fijo de tiempo una imagen de forma cuadrada o rectangular. El marco generalmente las dimensiones son: 18 x 18 cm., 12 x 18 cm. 8 x 9 cm. y 23 x 23 cm. - Cámaras sin formato o no fotográficos Puede ser de dos clases: -


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

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De faja continua, que produce una imagen continúa del terreno, exponiendo la película a través de una ranura que permite el paso de la luz en forma continua de forma rectangular. Esta cámara es utilizada para fines específicos de ingeniería tales como trazos de carretera, tendidos de línea de alta tensión, diseño de carreteras, etc. Panorámicas, las cuales toman la imagen del terreno por barrido lateral perpendicular a la línea de vuelo, mediante mecanismos ópticos giratorios.

3.10.4. Material fotográfico Cámaras que emplean película puede ser de acetato u otro material sintético estable pero flexible. Cámaras que emplean placas, si la base es de vidrio. Se denomina emulsión , a la composición de una mezcla de halogenuros de plata y que la hacen sensible a la banda ultravioleta y azul del espectro.

3.10.5. Inclinación del eje óptico. Las cámaras se pueden diferenciar o clasificar: - Verticales. Cuando la inclinación en el momento de la toma o reposición es inferior a 2 o 3º. - Inclinadas u oblicuas. Cuando la inclinación está comprendida entre 3 hasta 90º. - Horizontales. El eje de la cámara tiene una inclinación de 90º. Se emplea en fotogrametría terrestre.

3.10.6. Según su uso. De acuerdo al uso especifico para lo cual son diseñadas las cámaras se clasifican: - Cámaras de reconocimiento. Cuya finalidad es producir imágenes para identificación de objetos. - Cámaras métricas o cartográficas. Diseñadas para realizar todo tipo de mediciones sobre las imágenes. - Cámaras especiales. Su diseño obedece a un propósito especial.

3.10.7. Número de objetivos. Según el número de objetivos, que forman imágenes permiten distinguir dos grupos de cámaras:


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Cámara de un objetivo. En que solo se obtiene una imagen de formato cuadrado - Cámara de varios objetivos. Llamadas también multilentes, multiespectrales o multibandas, son empleados para la obtención de imágenes de una misma zona del terreno en varias bandas del espectro electromagnético con el fin de reconocer diferentes elementos (cultivo, vegetación) en base a los diferentes porcentajes de energía que presenta para cada banda. -

3.11. Registros auxiliares de la cámara aérea cartográfica o métrica 



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Marcas fiduciales. Que definen los ejes coordenadas de la fotografía y el punto central de la fotografía fotografía o centro geométrico de la fotografía. fotografía. Se ubica en el cono de la lente. Altímetro. Con el cual se determina la altura de vuelo sobre el nivel de referencia el cual se halla calibrado. Generalmente el nivel de referencia es el nivel del mar. Un reloj. Para determinar la hora a la cual se tomó la fotografía. Utilizada en relación con la altura de los objetos en el terreno o como información de referencia para fotointerpretación. Una marca indicadora del funcionamiento del sistema al vacío. La cual puede ser una marca especial o puntos pequeños ubicados a los lados de las fotografías. El nivel. Para indicar la inclinación de la fotografía o grado de verticalidad de la fotografía Un contador. Que registra el número de fotografías para poder después armarlas en fajas o bloques. Distancia focal o distancia principal (f ó c) Es la distancia del centro del objetivo al plano del objetivo. Tipo de cámara. Sitio de toma, fecha y operador

3.12. Elementos que componen una capa raster Una capa en formato raster está compuesta por cuatro elementos fundamentales:

a) La matriz de datos, que puede contener tres tipos de datos: -

Valores numéricos en caso de que la variable representada sea cuantitativa (figura 12).

-

Identificadores numéricos en caso caso de que se trate de una variable cualitativa. Estos identificadores se corresponden con etiquetas de texto que describen los diferentes valores de la variable cualitativa (figura 13).


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-

Identificadores numéricos únicos para cada cada una de las entidades representadas en caso de que la capa raster contenga entidades (puntos, líneas o polígonos).

Aunque el formato raster responde fundamentalmente a una concepción del mundo como conjunto de variables puede utilizarse también para representar entidades. Si suponemos un fondo en el que no exista nada (valor NULL en todas las celdillas) podemos representar objetos puntuales mediante celdillas aisladas con un valor (diferente de cero) que actuará normalmente como identificador; las líneas estarían constituidas por ristras de celdillas adyacentes con valores diferentes de cero, los polígonos por conjuntos de polígonos con un mismo valor diferente de cero (figura 5).

b) Información geométrica acerca de la matriz y de su posición en el espacio: -

Número de columnas (nc)

-

Número de filas (nf )

-

Coordenadas de las esquinas de la capa (e, w, s, n)

-

Resolución o tamaño de píxel en latitud(rx) y en longitud(ry)

c) Una tabla de colores que permita decidir de que color se pintará cada celdilla en la pantalla.

d) En caso de que la variable sea cualitativa, una tabla que haga corresponder a cada identificador numérico una etiqueta de texto descriptiva.


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Figura 12. Modelos digitales. Codificación de una variable cuantitativa en formato raster

Figura 13. Modelos digitales. Codificación de una variable cualitativa en formato raster.

3.12.1.

Imagen Landsat

Los satélites LANDSAT han capturado imágenes de la tierra desde 1972, es un sensor multiespectral que capta tomado imágenes multiespectrales de mediana resolución por desde 1972, por esto LANDSAT posee un archivo histórico incomparable en calidad, detalle, cobertura y duración.

3.12.1.1. LANDSAT 5 (TM) Captura imágenes desde el año 1984 hasta la actualidad, el ancho de la escena es alrededor de 180 Km2 y posee 7 bandas espectrales:

a) Banda 1 (Azul) Usada para el mapeo de aguas costeras, mapeo de tipo de forestación o agricultura y la identificación de los centros poblados (0,450,52um)

b) Banda 2 (Verde)


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Corresponde a la reflectancia del verde de la vegetación vigorosa o saludable. También es usada para la identificación de centros poblados (0,52 – 0,60um).

c) Banda 3 (Rojo) Es usada para la discriminación de especies de plantas, la determinación de límites de suelos y delineaciones geológicas así como modelos culturales (0,63 – 0,90um).

d) Banda 4 (Infrarrojo Reflectivo) Determina la cantidad de biomasa presente en un área, enfatiza el contraste de zonas de agua-tierra, suelo-vegetación (0,76 – 0,90um).

e) Banda 5 (Infrarrojo Medio) Es sensible a la cantidad de agua en las plantas. Usada en análisis de las mismas, tanto en época de sequía como cuando es saludable. También es una de las pocas bandas que pueden ser usadas para la discriminación de nubes, nieve y hielos (1,55 – 1,75um).

f) Banda 6 (Termal) Para la vegetación y detección de la vegetación que se encuentra enferma, intensidad de calor, aplicaciones de insecticidas, para localizar la polución termal, ubicar la actividad geotermal, actividad volcánica, etc. (10,40 – 12,50um).

g) Banda 7 (Infrarrojo medio) Es importante para la discriminación de tipos de rocas y suelos, así como el contenido de humedad entre suelo y vegetación (2,08 – 2,35um).

3.12.1.2. LANDSAT 7 (ETM) Este sensor a diferencia del LANDSAT – TM, captura imágenes pancromáticas con 15 metros de resolución y dos imágenes termales en una en ganancia baja y la otra en ganancia alta, cubren un área aproximada de 180 FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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Km2. A partir del año 2003 LANDSAT – ETM tuvo problemas y a partir del 14 de julio del mismo año, las imágenes se colectan en modo SLC-off.

a) banda Pancromática - (Banda 8) La banda Pancromática es la mayor novedad del sensor ETM+ en el Landsat7. Su resolución espacial de 15 m registrado con las demás bandas, permite que las imágenes generadas a través de este sensor sean trabajadas para obtener ampliaciones hasta una escala de 1:25.000 (0,5 – 0,75um).


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Figura 14. Bandas de la Imagen Landsat-7 ETM+


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3.12.2.

Combinación de bandas con Landsat

Gracias a las combinaciones de bandas podemos resaltar variaciones de color, textura, tonalidad y diferenciar los distintos tipos de cobertura que existen en la superficie, estas son las combinaciones de bandas más usadas: -

Bandas 3, 2, 1 (RGB): Es una imagen de color natural. Refleja el área tal como la observa el ojo humano en una fotografía aérea a color.

-

Bandas 4, 3, 2 (RGB): Tiene buena sensibilidad a la vegetación verde, la que aparece de color rojo, los bosques coníferos se ven de un color rojo más oscuro, los glaciares se ven de color blanco y el agua se ve de color oscuro debido a sus características de absorción.

-

Bandas 7, 4, 1 (RGB): Esta combinación de bandas es ampliamente utilizada en geología. Utiliza las tres bandas menos correlacionadas entre sí. La banda 7, en rojo, cubre el segmento del espectro electromagnético en el que los minerales arcillosos absorben, más que reflejar, la energía; la banda 4, en verde, cubre el segmento en el que la vegetación refleja fuertemente; y la banda 1, en azul, abarca el segmento en el cual los minerales con óxidos de hierro absorben energía.

-

Bandas 7, 4, 2 (RGB): Permite discriminar los tipos de rocas. Ayuda en la interpretación estructural de los complejos intrusivos asociados a los patrones volcano-tectónicos.

-

Bandas 5, 4, 3 (RGB): En esta combinación la vegetación aparece en distintos tonos de color verde.

-

Bandas 7, 3, 1 (RGB): Ayuda a diferenciar tipos de rocas, definir anomalías de color que generalmente son de color amarillo claro algo verdoso, la vegetación es verde oscuro a negro, los ríos son negros y con algunas coloraciones acules a celestes, los glaciares de ven celestes.


Página 44

3.12.3.

Análisis visual de imágenes de satélite (composición

color) La técnica más utilizada para formar una composición en falso color, consiste en mezclar tres imágenes del mismo sitio y fecha correspondientes a distintas bandas (tabla anterior), representando a cada una de ellas con alguno de los colores rojo, verde o azul.

Figura 15. Composición de colores. Los 256 niveles digitales de cada banda, representables como una imagen monocromática, se combinan para formar otra imagen en colores. Estos colores y tonos se emplean para la interpretación visual de las imágenes, combinando las bandas de manera que se de un primer acercamiento al contenido de la imagen. La combinación de colores permite discriminar aspectos geológicos, de vegetación, uso del suelo y morfología de zonas urbanas.

3.12.4.

Cálculo de NDVI

El cálculo de índices de vegetación es una técnica de uso habitual en teledetección y es comúnmente utilizada para mejorar la discriminación entre dos cubiertas que presenten un comportamiento reflectivo muy distinto en dos o más bandas, por ejemplo para realzar suelos y vegetación en el visible e


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infrarrojo cercano, y para reducir el efecto del relieve (pendiente y orientación) en la caracterización espectral de distintas cubiertas (CHUVIECO, 1996). Los índices de vegetación son útiles porque permiten entre otras cosas.



Identificación de áreas forestadas-deforestadas.



Evaluación del estado de la vegetación y su grado de estrés.



Separación entre distintos tipos de masas vegetales.



Monitoreo de plagas.



Evaluación de riesgos de incendio. De igual forma se pueden derivar variables como contenido de

agua en las hojas, productividad neta de la vegetación, contenido de clorofila en la hoja, dinámica fenológica, evapotranspiración potencial, etc. Un aspecto interesante del NDVI es que varía dentro de márgenes conocidos (-1 a +1), cuanto mayor sea el resultado obtenido, tanto mayor será el vigor vegetal presente en la zona observada. El índice se vegetación NDVI se calcula con las Bandas 3 y 4 de una imagen y para ello se utiliza la siguiente ecuación:  

 

Donde B4 = Banda 4 de la imagen B3 = Banda 3 de la imagen


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CAPITULO IV. Geometría de la fotografía aérea y Escala fotográfica 4.1. Proyecciones Geometrías (Referente a una fotografía aérea aislada o imagen sencilla) Las fotografías usadas en fotogrametría son tomadas con cámaras métricas y por lo tanto pueden ser tratadas analíticamente. Sabemos que existen: Proyección central. Proyección ortogonal. Proyección paralela. En este caso las fotografías pertenecen a una proyección central.

Proyección central Es cuando los rayos pasan a través del punto llamado centro de perspectiva. Figura 16.

Figura 16. Proyección Central La diferencia de una fotografía aérea con un mapa es muy clara entonces:


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La fotografía aérea es una proyección central y el mapa es una proyección ortogonal, Figura 13

Figura 17. Proyección ortogonal

4.2. Geometría de la fotografía aérea Es el principio fundamental de la fotogrametría y está caracterizado por corresponder a cada punto del objeto que se quiere representar otro punto en la imagen. Además todos los rayos que unen los puntos homólogos del objeto o la imagen deben concurrir en un punto llamado centro de proyección (o) Los elementos de una fotografía aérea vertical: Altura de vuelo (Z) o (H) Es la distancia del centro de proyección al plano del terreno. Punto medio (m) La intersección de la vertical que pasa por el centro de proyección con el plano negativo. Punto principal (P) Es la proyección ortogonal del centro de proyección sobre el plano de la fotografía Isocentro (I) Es el punto en que la bisectriz del ángulo determinado por la perpendicular al plano negativo y la vertical que pasa por el centro de proyección, corta el plano negativo. Si la fotografía es vertical o casi vertical de 3º loas tres puntos (Principal, isocentro y nadir) son coincidentes. Línea de vuelo. Si las fotografías han sido tomadas con un recubrimiento longitudinal superior al 50%, es posible identificar el punto principal de cada foto y el adyacente. La visión en pares sucesivos de los puntos principales define la línea de vuelo, indicando asimismo la dirección de vuelo


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Figura 18. Geometría de la fotografía vertical El negativo produce una imagen invertida de todos los objetos del terreno, el positivo se produce por contacto directo con el negativo. Si variamos la distancia focal (f) podemos obtener una reducción o una ampliación del original, dependiendo de si disminuimos o aumentamos la distancia con respecto al valor original.

4.3. Escala fotográfica (Ef) La escala de la fotografía (Ef), se define como la relación o equivalencia entre una distancia medida entre dos puntos en la fotografía aérea y la distancia de estos dos puntos medida en el terreno. De la geometría de la fotografía vertical puede deducirse también las siguientes relaciones: Ef 

de DE



Ld LD



f Zo

Donde: f = Distancia focal de la cámara Zo = H = Altura de vuelo sobre el nivel del mar


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Página 50

Ejemplo: Cual es la escala de la fotografía, si la distancia de dos puntos medidos en la fotografía es de 5.5 cm y su correspondientes en el terreno es de 200 m. Solución: E 

E 

 5.5cm

de

de

DE

DE  200 m

0.055m 200m

200m

1 E



0.055m

1/ E  3636.3 Si la fotografía no es tomada sobre el nivel del mar, la escala varía con respecto a la altura media del terreno (h p) y la formula se modifica así:

E f



f Z o



h p

Ejemplo: Un terreno cuya altura promedio es de 1000 m, es fotografiado con una cámara de 150 mm de distancia focal. ¿Calcule la altura a que debe volar el avión para obtener una fotografía de escala 1:20000? Solución: FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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hp f Zo 1/E 1

E Z o Z o Z o Z o



= = = =

1000 m 150 mm ? 1:20000

150 mm

Z o

 1000 m

 1000  15 0mm 20000  1000  3000  3000  1000  4000m

Los cálculos son aproximados por las siguientes consideraciones: a) la altura (hp) sobre el nivel del mar varia de un punto a otro b) la fotografía no es completamente vertical c) la forma de la tierra

4.4. Otros métodos para determinar la escala fotográfica Un método alternativo para determinar la escala es a través de la relación de la distancia medida en la fotografía con las correspondientes distancias terrestres calculadas: ab = distancia medida en la fotografía AB = distancia en el terreno D

En que X1, Y1 X2, Y2

= =

 X

2

1



X 2 

2



Y  Y  1

2

son coordenadas terrestres del punto 1 y son coordenadas terrestres del punto 2

Ejemplo: La distancia entre los puntos a y b que aparecen en una fotografía es d = 100 mm, las coordenadas terrestres de estos puntos son: Xa = 100 m Ya = 50 m Xb = 400 m Yb = 450 m Hallar la escala media de la fotografía ? D

100





400

2



50





450


2

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D



90000  160000

 250000 D  500m D

E f



E f



d D



10 0mm 50 0m

1 5000

Una modificación del método descrito, consiste en encontrar dos o más puntos en un mapa a escala de la zona cubierta por las fotografías: se mide la distancia entre dos puntos identificable en el mapa y la fotografía aérea. Como se conoce la escala del mapa, es posible obtener la escala de la foto de la siguiente manera: Fórmula = Ef Em df dm

= = = =

E f



 

E m d f d m

Escala de la foto Escala del mapa distancia en la foto distancia en el mapa

Ejemplo: Se conoce la escala del mapa o carta. La distancia de dos puntos (a b) es 10cm y su correspondiente en el terreno (A B) es 8cm.¿ Calcular la escala de la fotografia? Escala de la carta o mapa = 1:50000 Distancia en la foto aérea = ab =10 cm Distancia en la carta o mapa = AB = 8 cm E f



E f



1/ 50000 x 10cm 8cm 1 40000

4.5. Algunos problemas sobre escalas fotográficas 1) De una fotografía aérea vertical se conocen los siguientes datos: a) altura de vuelo de un punto “A” = 6660 m b) altura absoluta de vuelo = 9000 m c) escala para el punto “A” = 1:25333 d) escala para un punto situado en El nivel medio del terreno = 1:25000 Calcular la elevación del nivel medio del terreno? FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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Datos Z A = ZO = 1/E A = 1/Em =

6600m 9000m 1/25333 1/25000

Elevación del punto A

= =

9000 – 6600 2400 1

25333

f f





f 9000  2400

9000  2400 25333

 0.260m f  260mm

1 25000



260 mm 9000

 E m





9000  E m



260mm 25000

9000  E m



6500m

E m



9000  6500

E m



2500

2) De una fotografía vertical se conocen los siguientes datos: a) Altura media de vuelo = 4325 m b) Elevación media del terreno = 1100 m c) Diferencia de elevaciones entre el punto más alto y el punto más bajo = 460 m Determine la altura de vuelo para el punto más alto y su elevación del terreno?

Datos Zm = hm =

4325 m 1100 m

E A – EB = 460 m 1330



1330



E B



E B



460

870

460



E B

E A



E B



2200

E A



E B



460

2E A



2660

2660

E A



E A

 1330

2

Altura de vuelo para el punto más alto


Página 54

E A



E B



460m

1330  870



4325 – 230 = 4095

460

3) La elevación de dos puntos A y B con relación al nivel del mar es de 100 y 400 m respectivamente se toma una fotografía aérea a una altura de vuelo (Z) de 1600 m. con una cámara cartográfica de 15 cm. de distancia focal. Determine la escala de la fotografía en cada uno de los puntos A y B Datos Z = 1600 m f = 15 cm = 150 mm df

Ef =

Z o – h

Escala de la fotografía en el punto A 1 Ef A

0.15

=

1600 – 100

1

Ef A =

10000

Escala de la fotografía en el punto B 1 Ef B

=

Ef B =

0.15 1600 – 400

1 8000

4) La distancia entre un punto A y B es de 200 m. La altura sobre el nivel del mar es de 200m. para A y de 350 m. para B. Si se toma una fotografía de a y b resultan X a = -8 cm., Ya = 5 cm., Xb = -2 cm., Yb = -2 cm. Calcule la altura sobre el nivel del mar Datos d

= 200 m

df = 15 cm = 0.1 m FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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H A = 200 m HB = 350 m D =

(-8 – (-2))2 + (5 – (-2))2

D =

36 + 49

D = 9.21 cm

1 E

=

1 E

=

2121

200 m 0.0921 200 m 1

E =

1

9.21

2121

=

0.15 Z o – h p

Z o = 0.15m x 2121 + 275m

Z o = 2906.5m

5) La longitud de una pista de aterrizaje es de 1000 m y mide 4 cm. en una fotografía. La altura de la pista es de 500 m sobre el nivel del mar. Determine la escala de esta fotografía en una planicie situada 500 m arriba de la pista. Si la distancia focal de la cámara es de 100 mm. Datos LT = 1000 m LF = 4 cm h pista = 500 m h planicie = 1000 m f = 100 mm 1 E E =

=

0.04 1000 m 1


Página 56

25000

1 25000

0.10 m

=

Z o – 500

Z o – 500 = 0.10m(25000) Z o – 500 = 2500 Z o = 3000m 1 E E =

0.10

=

3000 – 1000 1 20000

4.6. Factores básicos de la calidad de la imagen La interpretación de las fotografías aéreas u otras imágenes satelitales depende de la habilidad del intérprete, del equipo usado y también de las cualidades de las imágenes fotográficas. Estas cualidades pueden estimarse por medio de tres factores principales siguientes: a) Contraste tonal. Que se puede definir como la diferencia efectiva en el tono fotográfico o brillo entre un rasgo particular que se va a interpretar y el tono contra el cual está representado. b) Agudeza. Que corresponde a la cantidad de detalles en forma clara y precisa y facilidad para interpretar. c) Paralaje estereoscópica. Que quiere decir la diferencia en la posición aparente de un detalle tal como el ápice de un árbol con respecto a otro detalle, como puede ser el pie del mismo causado por el traslado en el punto de observación. Se mide por la diferencia de paralaje (Dp) y se relaciona con la diferencia de altura (h) entre dos detalles por la formula siguiente: h

Donde: H p

= =

H Dp p

es la altura de vuelo es la base aérea (la distancia horizontal entre los dos puntos de observación)


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Dp

=

se expresa como la diferencia de las proyecciones sobre la línea de vuelo en cada fotografía de las distancias entre los dos detalles.

Esta formula se utiliza en fotogrametría para la medición en las fotografías de alturas de árboles con la ayuda de la barra de paralaje.

4.7. Desplazamiento El desplazamiento en una fotografía es la distancia que existe entre una imagen de un punto del terreno y el lugar de su posición en relación con el datum sin desplazamiento

4.7.1. Fuentes principales de desplazamiento A) B) B)

El equipo fotográfico La altura del terreno o relieve El balanceo o inclinación del avión

A) Desplazamiento por el equipo fotográfico A pesar de los adelantos conseguidos en el campo de la percepción remota, sin embargo existen factores que afectan el desplazamiento de las imágenes en las fotografías debido a tres factores: a)

Óptico. Distorsión de la lente Error en la determinación de la distancia principal por desplazamiento de la película y giro de la lente.

b)

Óptico mecánico. Movimiento de la lente fuera del punto. Irregularidad en el movimiento del prisma o lente.

c)

Mecánico Movimiento de la película durante la toma Película fuera del plano focal.

B)

Desplazamiento por relieve y altura del terreno El relieve y altura del terreno, causan desplazamientos muy pronunciados que a veces dificultan la construcción de mapas pero de otra parte es el factor importante para aprovechar la tercera dimensión de las fotografías. Ejemplo: si suponemos que un terreno es completamente plano y la fotografía sin balanceo, el desplazamiento de la imagen de un árbol lo veríamos de la siguiente manera:(Figura 19)


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Figura 19. Desplazamiento por altura de objeto De donde por triángulos semejantes tenemos: r f

=

r – d f

=

R

1

H – h R

2

H

Despejando f y R sería: R (H – h) = H (r – d) f R = H (r – d) f R = r (H – h)

d r

=

h =

h H d r

h H d(H) r

= altura = altura de vuelo = desplazamiento radial = distancia radial


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De la formula deducimos que: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

C)

El desplazamiento (d) debido a la altura varía directamente con la distancia (r) del objeto hasta el punto nadir. Si la distancia (r) no existe entonces no hay desplazamiento. El desplazamiento es radial con respecto al punto nadir. Los objetos dispuestos a una misma distancia del punto nadir cualquiera que sea su dirección y con una misma altura tiene igual desplazamiento. El desplazamiento debido a la altura varía en razón inversa a la altura de vuelo. El desplazamiento topográfico es independiente de la distancia focal. los objetos en el terreno que están sobre el plano horizontal se desplazan radialmente hacia fuera del punto nadir. Los objetos que están bajo ese plano se desplazan hasta el punto nadir.

Desplazamiento por balanceo o inclinación Este desplazamiento aunque es el más pequeño es el más difícil de corregir, se produce cuando hay un ángulo entre el eje óptico de la cámara y la vertical.(Figura 20) Ejem: suponemos que el terreno es completamente plano, se puede ver que el punto A 1 está más alejado del punto (I) que el punto A 2 pero el punto B1 está más cerca que el B 2.

Figura 20. Desplazamiento por balanceo o inclinación del avión


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4.8. Recubrimientos aéreos A largo de la línea de vuelo, las superficies cubiertas por dos fotografías sucesivas se solapan o se superponen. Esta superposición se puede expresar como un porcentaje de la superficie cubierta por una fotografía y se llama solape o superposición longitudinal. El solape o superposición transversal, corresponde entre las fotografías de líneas de vuelo paralelas y adyacentes. La superposición longitudinal generalmente está entre el 55% al 65% y la superposición transversal es más variable y está entre el 10% al 40%. Ambas superposiciones son necesarias para una buena fotointerpretación estereoscópica.(Figura 21) Teniendo en cuenta estas características es posible determinar el número de fotografías de una determinada superficie mediante la fórmula siguiente: N 

S e

2



l 1 R 1 1 R 2  2

Donde: e = S = l = R1 = R2 =

escala media que se desea obtener superficie lado de una fotografía es la superposición longitudinal es la superposición transversal


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Ejem: S = 1000000 e = 1:20000 l = 23 cm = 0.0023 km R1 = 0.60 R2 = 0.20  1  N  1000000  20000  

2

  1    0.00232 0.400.80   1500  

Figura 21: Recubrimientos transversal y longitudinal


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CAPITULO V: Geometría de la Imagen doble o Estereoscopía En este capítulo vamos a ver el concepto de la tercera dimensión o de la profundidad con lo cual puede realizarse mediciones aproximadas en el espacio utilizando dos imágenes o dos fotografías que tengan recubrimiento.

5.1. La estereoscopia Es el nombre que se da al fenómeno natural que tiene lugar cuando una persona mira simultáneamente dos imágenes que han sido tomadas de la misma escena o lugar desde puntos distintos, viendo cada imagen con un ojo. El resultado es la percepción de la tercera dimensión o sea la profundidad. La percepción de la tercera dimensión puede realizarse de varias maneras a través de las sombras del tamaño relativo de los objetos o por medio de la perspectiva. Sin embargo, para poder estimar o medir la distancia relativa de los objetos en profundidad se requieren dos factores fundamentales que son: 1. Doble imagen. 2. La convergencia relativa de los ejes ópticos de los dos ojos cuando se observan objetos a distancia variable.

5.2. Visión seudoscópica Cuando las imágenes de las fotografías se intercambian de posición y se trata de obtener visión tridimensional de objetos del terreno se logra una imagen invertida de ellos, como si mirásemos la maqueta del terreno por debajo. Un ejemplo es cuando hay intercambio de posición de las fotografías.

5.3. Exageración estereoscópica del relieve El relieve del modelo estereoscopico aparece deformado debido a la diferencia entre la escala altimétrica y planimetría. Por ello las alturas y pendientes se ven más pronunciadas en el modelo óptico del terreno que en la realidad.

5.4. Los factores que intervienen en la exageración


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Los factores que intervienen en una y otra forma en esta exageración son dos primordialmente: a) Las relaciones geométricas entre los elementos base aérea (B), altura de vuelo (Z) y distancia focal en el momento de la toma de la f otografía. b) Las relaciones geométricas cuando se observa el modelo estereoscopico que son las distancia interpupilar (b), la separación entre las fotografías (s) y la distancia que se observan las fotografías (m) = h

Relación B, Z y f

Relación b, s, h

Para que no exista exageración en las elevaciones del terreno deben cumplirse que la relación entre la base aérea (B) y la altura de vuelo sobre el terreno (Z) debe ser igual a la relación entre (b) distancia interpupilar y (m) distancia a la cual se forma el modelo óptico bajo el estereoscopio. Es decir si

B Z



b m

no habrá exageración del relieve y el modelo óptico

coincidirá con el terreno fotográfico. Sin embargo por lo general

B Z



b m

por lo cual el terreno se ve exagerado. Así

entre mayor sea la relación de proporción entre

B Z

y

b m

mayor será la

exageración.

5.5. La visión estereoscópica Existen ciertas similitudes entre el ojo humano y el mecanismo de la vista y la cámara fotográfica y su forma de funcionar; el objetivo de la cámara le FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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correspondería con el cristalino del ojo, el diafragma con el iris, la película con la retina y el enfoque con la variación de la curvatura del cristalino. La visión binocular procede de la utilización de los dos ojos conociéndose la separación entre las pupilas (valor medio de 64 mm) como distancia interpupilar. Cuando observamos un objeto situado lejos, las líneas de visión de los ojos son paralelas de manera que se obtienen dos imágenes del mismo objeto, desde dos perspectivas que el cerebro percibe en una sola imagen, si el objeto se va acercando hacia los ojos, las líneas de visión convergen en un ángulo que puede alcanzar hasta los 20º, al mismo tiempo se produce la acomodación de cada ojo para corregir una visión nítida. Para poder conseguir la visión estereoscópica de las fotografías aéreas es preciso disponer de dos imágenes de una misma zona tomadas desde dos puntos de vista distintos. Estas imágenes debemos colocarlas en un plano paralelo a la línea que forma la visión de los dos ojos, de manera tal que la línea compuesta por la unión de dos puntos homólogos de ambas fotografías sea paralela a la que forma la que une las dos pupilas.Finalmente, la separación entre los dos puntos homólogos deberá ser igual o menor que la distancia interpupilar. La visión estereoscópica (3D) se consigue cuando el cerebro integra (percibe) las imágenes generadas por los dos ojos. Las diferencias en el ángulo de visión de cada ojo permiten la construcción de imágenes tridimensionales. Este efecto se denomina paralaje y se produce por la separación existente entre cada ojo. La separación ocular en el ser humano permite construir buenas imágenes tridimensionales hasta distancias de aprox. 100 metros. Para poder ampliar esta distancia sería necesario aumentar la separación ocular. Las líneas de visión tienden a ser paralelas cuando observamos objetos lejanos y convergentes cuando observamos objetos cercanos.

Para poder observar fotografías o dibujos en tres dimensiones es necesario que se cumplan varias condiciones, entre otras:


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1. Cada fotografía o dibujo tienen que reflejar las mismas imágenes pero observadas con distinto ángulo. 2. Cada ojo debe observar sólo una imagen (visión paralela o divergente) La visión tridimensional se consigue, por tanto, mirando con cada ojo un par de fotos o dibujos. Los estereoscopios son instrumentos que facilitan la observación estereoscópica de fotografías recubiertas o sea de pares estereoscópicos. Las dos imágenes del terreno así producidas son ligeramente diferentes debido a que son tomadas desde posiciones distintas en el aire. Así al observar cada ojo una de ellas se forma en el cerebro su imagen tridimensional cuya apariencia depende además de la relación entre base aérea (B) y la altura de vuelo (Z). La fusión de las dos imágenes en una sola requiere también que los ejes ópticos se hallen en un mismo plano y que la escala de las dos fotografías sea aproximadamente igual

5.6. Estereoscopios Los estereoscopios son aparatos ópticos en el que, mirando con ambos ojos, se ven dos imágenes de un objeto, que al fundirse en una, producen una sensación de relieve por estar tomadas con un ángulo diferente para cada ojo. Los estereoscopios son unos instrumentos construidos con lentes y espejos que sirven para forzar la visión en paralelo y conseguir observar con cada ojo una sola imagen. Con ellos se consigue ver en tres dimensiones las fotografías aéreas sin forzar la vista. Existen dos tipos principales de estereoscopios: de lentes o bolsillo y de espejos.

Estereoscopios de uso más frecuentes 1. Estereoscopio de lentes o de bolsillo. Consiste básicamente de dos lentes de aumento montados en un marco de apoyo a una distancia igual a la distancia interpupilar promedio pero con posibilidad de adaptación individual. (Figura 22) En este caso la distancia entre puntos homólogos en la fotografía coincide con la distancia interpupilar. Las ventajas y desventajas son: Ventajas -

Bajo costo Fácil manejo Facilidad de transporte


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Desventajas -

Las fotografías no pueden separarse totalmente para observación de todo el modelo estereoscópico. Distancia entre puntos homólogos debe ser igual a la base ocular (6.5 mm) lo cual dificulta la observación. El espacio reducido entre las fotografías aéreas y el instrumento dificulta al dibujo.

Figura 22 Estereoscopio de bolsillo

2. Estereoscopio de espejo Permite la observación separada de las fotografías recubiertas mediante un sistema óptico sencillo compuesto por espejos, prismas y lentes. Los elementos principales del estereoscopio de espejos son los espejos pequeños, los espejos laterales, las lupas de aumento y los binoculares. A continuación en las figura Nº 23 y 24,se observa el esquema de la visión estereoscópica y mediante el estereoscopio de espejos.


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Figura 23. Esquema de la visión estereoscópica Cuando se observan las fotografías con ejes paralelos o sea con prismas, la separación entre puntos homólogos se hace igual a la base del estereoscopio. Cuando se observa sin binoculares y sin poner en la visual las lupas de aumento el terreno se ve en escala 1:1. Al colocar las lupas perpendicularmente a las visuales se logra aumento 2:1. Finalmente al quitar las lupas y colocar los binoculares se logran aumentos mayores 3:1. El estereoscopio de espejos (Figura 20) y prismas (old delft) tienen ventajas innegables para ciertos tipos de trabajos. Pueden observarse simultáneamente por dos personas al mismo par estereoscópico. Permite aumentar de 2X a 4X o sea el doble y pueden recorrerse todo el modelo estereoscópico con una sola posición del estereoscopio mediante desplazamientos del sistema óptico en sentido X o Y. Su fundamento estriba en conducir a cada ojo imágenes provenientes de fotografías de gran formato por medio de un sistema de cuatro espejos. La imagen es recogida desde un plano horizontal por espejos situados a 45º de este, y la refleja hacia otro espejo de menor formato, paralelo al primero, que, a su vez, refleja el haz luminoso hacia las pupilas del observador.


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Figura 24. Estereoscopio de espejos

5.7. Usos del estereoscopio Para poder observar una fotografía aérea en relieve con el estereoscopio es necesario disponer de varias fotografías aéreas consecutivas. Además estas se tienen que solaparse un 60%, es decir tienen que tener en común aproximadamente 2/3 del terreno fotografiado. Por consiguiente para poder interpretar un fotograma entero, necesitamos disponer de tres fotografías consecutivas, situado a la izquierda y a la derecha, es decir, necesitamos tres fotografías aéreas para determinar el área efectiva de trabajo.

5.8. Orientación de un par estereoscópico La visión tridimensional puede lograrse cuando se hace una orientación relativa apropiada de las fotografías recubiertas bajo el estereoscopio y deben seguirse los siguientes pasos: Se deben buscar dos fotografías sucesivas del mismo vuelo. Esta debe a) orientarse en la dirección de la línea de vuelo. Las sombras por lo general deben mirarse hacia el observador debido a b) que la fotografía se toma generalmente de Sur a Norte. Orientadas así las fotografías se deben buscar la zona estereoscópica o c) doble imagen haciendo coincidir los detalles más sobresalientes. d) Hay que calcular el centro de cada fotografía que se vaya a interpretar. Esto se hace fácilmente uniendo las marcas fiduciales que existen en los márgenes de las fotografías aéreas. Se unen mediante una línea recta las marcas de dos lados opuestos. Donde se cruzan tenemos el centro de la fotografía. Es decir, hemos localizado la vertical del punto donde fue realizada la fotografía por el avión. e) Marcamos en cada fotografía el centro de la fotografía vecina, de tal forma que cada fotografía tendrá un punto central (PC) y dos puntos centrales transferidos (PCb y PCa) de las fotografías contiguas ( En la ilustración solo hemos representado un par fotográfico ya que estamos trabajando sólo con dos fotografías). La línea que une el punto central ( PC) y los transferidos ( PC-Tras) corresponde a la línea de vuelo de avión.


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f)

Un vez dibujadas estas líneas (generalmente se dibuja sobre un papel transparente fijado sobre la fotografía, para no dañar la fotografía), se sitúan los dos fotografias de bajo del estereoscopio. Los puntos PCa y PCa-Transferidos deben observarse uno con cada ojo, procurando que queden situados en el centro de visión. Además la línea recta que los une debe ser paralela al eje longitudinal del estereoscopio.

Operando de este modo deberíamos ver en relieve, aunque la visión estereoscópica a menudo requiere más de un intento.

g)

Si mides la distancia que hay entre PCa y PCa-Transferidos cuando veas en relieve, esa distancia es la base de separación del estereoscopio, o base instrumental que estés usando. Es decir es la distancia a la que tú debes situar dos puntos para verlos en relieve con ese estereoscopio concreto. A continuación en las Figuras se observa los pasos seguidos de visión estereoscópica


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Figura 25. Orientación de un par de fotografías aéreas

5.9. Paralaje estereoscópico El concepto de paralaje se relaciona con el desplazamiento relativo de objetos estacionarios, cuando un observador en movimiento los mira desde puntos de vista vista diferentes. En el caso de la fotografía fotografía aérea el observador observador móvil es el avión, el objeto estacionario es el terreno y los puntos de vista diferentes son dos fotografías consecutivas y traslapadas. Se llama paralaje de un punto al desplazamiento relativo de sus imágenes en un par de fotografías fotografías recubiertas. recubiertas. La diferencia diferencia entre entre los desplazamientos relativos de las imágenes de dos puntos se llama diferencia de paralaje. El paralaje de un punto guarda relación directa con la altura del punto a mayor paralaje mayor elevación del terreno. En términos algebraicos el paralaje de un punto se determina por la resta entre la coordenada X del punto en la fotografía de la izquierda y la su coordenada X 1 de la fotografía derecha o sea: P  X a

 X a '

P  X a

 X a Fundamento Geométrico del paralaje estereoscópico '


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Donde: A = Punto evaluado en el terreno. 01 = Centro de proyección en en la fotografía 1 02 = Centro de proyección en la fotografía 2. a1 = Punto representado en la fotografía 1. a2 = Punto representado en la fotografía 2. Z A = Distancia vertical entre el punto evaluado del terreno y el plano de proyección (altura de vuelo). B = Distancia recorrida por el avión entre dos tomas consecutivas (base aérea) f = distancia focal de la cámara métrica. P A = Paralaje del punto evaluado (a medir sobre la fotografía). Los triángulos A 0 1 02 y 02 a1' a2 son semejantes, luego obtenemos la formula:

En consecuencia, si evaluamos paralajes de puntos con elevación desconocida junto con paralajes de puntos con elevación conocida conocida seremos capaces capaces de evaluar el desnivel existente con la formula obtenida.


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5.9.1. Medición de paralaje El paralaje de un punto puede determinarse de varias maneras. Siendo la más elemental la medición de sus coordenadas X e Y del punto correspondiente en las fotografías recubiertas. Esta medición se hace con respecto a los ejes corregidos y una vez determinada la línea de vuelo. También existe otros medios como es el de la cuña de paralaje, sin embargo un método bastante sencillo y muy rápido para calcular la diferencia de paralaje es el de la barra de paralaje el cual se usa en combinación con el estereoscopio de espejos.

5.9.2. La barra de paralaje Es un instrumento sencillo, consta de una barra de longitud variable, uno de cuyos extremos puede fijarse, permitiendo el movimiento del extremo, el cual además puede registrarse o leerse en una escala graduada. Contiene dos soportes especiales que permiten la inserción de pequeñas placas de vidrio sobre el cual están graduadas las correspondientes marcas flotantes. Figura Nº 26

Figura 26. La barra de paralaje


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CAPITULO VI. Imágenes de otros sensores para la fotointerpretación forestal Entre las imágenes de otros sensores remotos se incluyen todos aquellos cuyo grabado no es fotográfico. Entre ellos tenemos los más importantes: Imágenes de radar  Imágenes de satélite 

6.1. Imágenes de radar El radar es un sensor remoto activo de microondas. El sistema produce su misma energía en forma de ondas de radio desde un avión o satélite y las señales de retorno son registrados por medio de una antena. Por ser un sistema que opera en la región de las microondas con longitudes de onda larga. Puede esta técnica ser usada para obtener imágenes de la superficie terrestre operando de día o de noche, y además penetra niebla, nube y aun lluvias. Por lo tanto el radar puede operar bajo cualquier condición atmosférica y sin influencias de las radiaciones térmicas. El sistema registra la imagen de una faja de terreno paralela a la línea de vuelo y ubicada hacia un lado o ambos lados del avión. El radar opera en una región del espectro electromagnético diferente a otros sensores por lo tanto también mide diferentes características del terreno. Desde el punto de vista de su geometría es un sensor excelente para la cartografía para observar una visión general de conjunto. El radar permite adquirir imágenes en las cuales la información geomorfológica se encuentra naturalmente resaltada facilitando la interpretación de temas que tiene íntima relación con las características geomorfológicas.

6.2. Imágenes de satélites Cuando la energía electromagnética es registrada por un sensor de forma electrónica se genera una imagen (si el sensor esta montado en un satélite, se genera una imagen satelital). Pero, ¿que es una imagen satelital? Una imagen es una representación de la realidad en la forma de una matriz de datos, donde cada celda o píxel es una porción del área observada con un único valor. Una imagen satelital esta compuesta por información proveniente de diferentes longitudes de onda, organizada en diferentes canales o bandas para un sensor determinado. De esta manera uno obtiene información no solo en el espectro visible, sino también en otras longitudes de onda a las cuales el ojo humano no es sensible. Por ejemplo el sensor TM (Sistema de Mapeo Temático) que opera simultáneamente en siete bandas espectrales, concebido para proporcionar FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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una resolución espacial mas fina, mejor discriminación espectral entre los objetos de la superficie terrestre. Importante para la fotointerpretación forestal.

Bandas Faja Espectral (µm) 1 0.45-052(azul) 2

0.52-0.60 (verde)

3

0.63-0.90 (rojo)

4

0.76-0.90(infrarrojo cercano)

5

1.55-1.75(infrarrojo medio)

6

10.40-12.50(infrarrojo termal)

7

2.08-2.35(infrarrojo medio)

Aplicaciones Mapeo de aguas costeras, diferenciación entre suelo y vegetación. Es sensible a plumas de humo originadas por incendios Esta banda es muy sensible a sedimentos en suspensión en el agua. Utilizada para estudios de calidad de agua. Tiene buena penetración en cuerpos de agua. Es útil para mapeo de vegetación y áreas donde hay intervención antrópica Tiene buen contraste entre áreas cubiertas con vegetación y suelo desnudo. Discrimina tipos de vegetación. Es utilizada para trazos de vías y mapeo de uso del suelo Buen contraste entre suelo y cuerpos de agua. Es sensible a la morfología del terreno. permite visualización de suelos hidromorficos (aguajales) Permite observar el contenido de humedad en las plantas y detectar posibles stress en la vegetación causado por falta de agua Es utilizada para estudios de propiedades termales de los suelos importante para pesca y clima Presenta sensibilidad a la morfología del terreno. También es utilizado para identificación de minerales, detección de humedad en el suelo y la vegetación

Las imágenes satelitales (condicionada por las características de los sensores) están caracterizadas por una serie de parámetros espaciales y espectrales: – Resolución espacial, se relaciona con la capacidad de discernir detalles en la imagen y se refiere al tamaño del objeto más pequeño que se puede detectar. El tamaño del píxel , esta determinado por la resolución espacial y es el tamaño de la celda de la imagen, la cual cuenta con un único valor (información). – Resolución espectral, describe la habilidad del sensor para registrar diferentes intervalos de longitud de onda. Una imagen con mayor resolución espectral cuenta con más bandas que una imagen con menor resolución FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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espectral, indistintamente de que el rango total de longitud de onda registrado sea el mismo. – Resolución radiométrica, describe la cantidad de información contenida en la imagen o esta determinado por la capacidad del sensor para registrar pequeñas variación de intensidad en la radiación registrada – Resolución temporal, se refiere al tiempo que tarda el sensor en completar una órbita y por ende cada cuanto se toma una imagen. Además de sus características, las imágenes sufren una serie de alteraciones espaciales y radiométricas y espectrales que modifican la información contenida. Las deformaciones espaciales pueden deberse a movimientos del sensor, cambios en la órbita del satélite y ángulo de observación Las alteraciones radiométricas se deben a interacciones con la atmósfera, el sensor y geometría de iluminación

6.2.1. Satélites LANDSAT Los satélites Landsat son los más utilizados para el estudio de los recursos naturales, gravitan a 920 Km. de altitud, de 185 Km. de ancho y con una inclinación de 9º con respecto al polo. Cada satélite sobrevuela un mismo lugar cada 18 días a la misma hora solar entre 9 y 10 horas. Cada satélite da catorce veces la vuelta a la tierra en 24 horas. Los satélites Landsat MSS (Multiespectral Scanner) están disponibles desde 1972 y Landsat TM (mapeador temático) están disponibles desde 1985. Puestos en orbita por Estados Unidos. Landsat a lanzado una serie de satélites. Siendo la principal novedad en el incremento de las bandas pancromáticas y su resolución.

6.2.2. Satélites SPOT Los satélites SPOT (Systome Polivalente de Observación de la terre) promovido por Francia, es uno de los mas importantes programas espaciales para el estudio de los recursos naturales. Los diseñadores concibieron un sistema que ofreciese los rangos espectrales mas adecuados particularmente para estudios de los recursos naturales. Así como la observación estereoscópica y rasgos de resolución espacial y temporal. Este programa presenta algunas particularidades que hacen prever una gran demanda de sus productos entre los técnicos dedicados al estudio de recursos terrestres. El sensor utilizado es el HRV (alta resolución visible).Es posible tener imágenes desde dos posiciones distintas. Orbita circular a 832 Km. Ciclo orbital 26 días. Tamaño de píxel 10 m en modo pancromático y 20 m en modo multiespectral.

6.2.3. Satélites IKONOS Es el primer satélite de tipo comercial que posibilita la captación con un metro de resolución. El termino Ikonos proviene del griego y significa “imagen” FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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El Ikonos colecta información de cualquier zona en promedio dos veces al día, cubriendo áreas de 20,000 km 2 en una misma pasada y produciendo como resultado imágenes de 1 metro de resolución cada 3 días y de 2 metros de resolución todos los días. Orbita la tierra cada 98 minutos a una altitud de casi de 680 km. en forma sincronizada con el sol El sensor digital de imágenes de satélite esta diseñado para producir imágenes con elevado contraste, resolución espacial y precisión, brindando a los clientes un producto preciso y nítido. Resolución en el terreno de cada banda, pancromática 1m y multiespectral 4m.

6.2.4. Satélites QUICKBIRD Imágenes de alta resolución y precisión. Fecha de lanzamiento 18 de octubre del 2001, localización del lanzamiento California (EEUU). Altitud de orbita 450 km, inclinación de la orbita 97.2º .Resolución temporal 1-3.5 días dependiendo de la latitud, resolución radiometrica 11 bits (2048 tonos de gris), resolución espacial 0.7 m. Resolución espectral pancromático.

6.3. Herramientas relacionadas Los siguientes programas son ejemplos de software gratis o freeware, desarrollados por diferentes organizaciones para el análisis de imágenes digitales: 6.3.1. MultiSpec (http://cobweb.ecn.purdue.edu/~biehl/MultiSpec/) MultiSpec está disponible para las plataformas de Windows y Macintosh, y se está desarrollando en la universidad de Purdue. Fue diseñado originalmente como una herramienta de enseñanza pero ahora es utilizada por muchos usuarios de la percepción remota. MultiSpec ofrece algunas herramientas sofisticadas de la clasificación de imágenes.


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6.3.2. FWTools (OpenEV) (http://openev.sourceforge.net/) OpenEV es un programa que exhibe y analiza datos geoespaciales en formato vector y raster. Funciona en Windows, Linux y algunas otras plataformas del Unix, y una plataforma para Macintosh está en marcha. La actividad deldesarrollo es absolutamente activa y muchas nuevas capacidades están en marcha. Éste es uno de los paquetes libres más ampliamente utilizados de la visualización de imágenes remotamente adquiridas. 6.3.3. NASA Image2000

(http://www.ccpo.odu.edu/SEES/ocean/oc_i2k_soft.htm) Image2000 es un paquete para el proceso de imagenes basado en Java que fue desarrollado por la NASA. El desarrollo ha parado actualmente pero el programa está disponible para la transferencia directa. Image2000 proporciona una amplia gama de funciones pero se limita en que no maneja adecuadament sets grandes de datos.

6.3.4. GRASS (http://grass.itc.it/index.php) GRASS fue desarrollado originalmente por el Cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos en los años 80. GRASS es un SIG de gran alcance basado en raster con muchas capacidades de procesamiento de imágenes. Es sobre todo un programa de líneas de comando diseñado para funcionar en plataformas de Windows, de Mac OSX, y de Linux. GRASS es un poco incómodo para usuarios novatos. 6.3.5. OSSIM (http://www.ossim.org/OSSIM/OSSIMHome.html) OSSIM usa algoritmos, herramientas y paquetes existentes para construir una herramienta integrada para el procesamiento de imágenes remotamente adquiridas y análisis espacial. El equipo de desarrollo creó recientemente una interfase gráfica para OSSIM llamado ImageLinker, que funciona en todos los sistemas operativos importantes. 6.3.6. RESORTE (http://www.dpi.inpe.br/spring/) El Instituto Nacional Para la Investigación del Espacio (INPE) de Brasil está desarrollando RESORTE. El software puede exhibir y analizar imágenes remotamente adquiridas, y proporciona una combinación de SIG y de capacidades de procesamiento de imágenes. RESORTE está sobre todo disponible en español y portugués, y funciona en las computadoras con Unix y Windows. Los siguientes programas son ejemplos de software comerciales comúnmente usados:

6.3.7. ERDAS Imagine (http://gi.leica-geosystems.com/default.aspx) Imagine es una paquete de software basado en raster, y diseñado específicamente para extraer información de imágenes remotamente adquiridas. El programa incluye un sistema comprensivo de herramientas para crear imágenes para lainclusión en un SIG y actualmente ofrece la opción de crear capas de información que pueden ser integradas en el formato FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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Geodatabase de ESRI. La variedad de herramientas permite que el usuario analice datos de las imágenes y los presente en varios formatos.

6.3.8. Image Analysis de ArcGIS (http://gi.leica-geosystems.com/LGISub1x41x0.aspx) Image Analysis de ArcGIS se utiliza para preparar imágenes que pueden ser usadas directamente en un SIG, para posteriormente analizar y extraer información de ellas. Esta extensión de ArcGIS le permite al usuario extraer la información actualizada de imágenes directamente en una estructura tipo geodatabase de ESRI. Los problemas que usualmente se generan cuando se aplican procesos de varios pasos puede ser evitados trabajando directamente con los datos en un geodatabase. También es posible realizar clasificaciones de la vegetación para determinar la composición y cobertura vegetal. Adicionalmente, la detección del cambio se puede realizar en las imágenes capturadas en diversos tiempos. Las técnicas del realce de la imagen están disponibles para, por ejemplo, ajustar brillo y contraste.

6.3.9. TNTmips (http://www.microimages.com/) TNTmips es un sistema del análisis geoespacial que proporciona un SIG completo, un sistema de manejo de set de datos relacionales, un sistema automatizado de procesamiento de imágenes con CAD, herramientas para el modelamiento superficial, y herramientas para publicar los datos. TNTmips tiene un solo sistema integrado con un interfaz, una funcionalidad, y una estructura de geodatos para el uso en varios sistemas operativos.

6.3.10. ERMapper (http://www.ermapper.com/) ERMapper es un paquete para el procesamiento de imágenes y para otros usos de las ciencias de la tierra y de la percepción remota. Ha sido diseñado para manipular sets grandes de datos de recursos naturales (e.g. datos del satélite, geofísicos, sísmicos). Los usuarios pueden realizar integraciones complejas de datos y operaciones complejas de proceso de imágenes, en capas múltiples. Contiene una biblioteca de algoritmos estándares para el realce de la imagen, la clasificación y la síntesis de los datos. ERMapper puede combinarse, acortar, muestrear, cambia la escala y hacer mosaicos de sets múltiples de datos automáticamente. Los datos raster se pueden cambiar a partir de una proyección del mapa a otra. La capacidad para visualización 3D permite que los usuarios vean datos vector y raster en 3D y obtener una mejor perspectiva de las escenas y del sobrevuelo. Los usuarios pueden ver datos en estéreo por lentes de LCD, y pueden generar pares estereoscópicos de papel. Se da soporte a cerca de 100 formatos para la importación y exportación de raster y vector, y hay acceso directo a las coberturas de ARC/INFO.

6.3.11. IDRISI (http://www.clarklabs.org/) IDRISI es un software integrado de SIG y de procesamiento de imágenes, que proporciona más de 250 módulos para el análisis y exhibición de información FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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espacial digital. Herramientas para la planificación espacial, la toma de decisiones, y el análisis de riesgo son incluidas junto con herramientas para la estadística espacial, el análisis superficial, y modelamiento espacial. IDRISI se utiliza para explorar, predecir, y modelar los impactos en cambio de la cubierta de tierra con la utilidad del Land Change Modeler. El programa puede procesar imágenes remotamente adquiridas con técnicas convencionales de procesamiento de imágenes. Las herramientas para el manejo de incertidumbre se pueden utilizar para asignar recursos y para crear mapas de factibilidad. Pares de imágenes pueden ser comparados, y las tendencias y las anomalías pueden ser analizadas a partir de imágenes adquiridas en periodos largos de tiempo.

6.4. Aplicaciones en general Los Geógrafos usan los sensores remotos, por ejemplo, para el inventario de recursos naturales y para la detección de cambios en la cobertura y uso del suelo. Para este tipo de aplicaciones, se requiere realizar clasificaciones digitales de imágenes satelitales en base a sistemas estándares o personalizados de categorización.

Los Arqueólogos utilizan la percepción remota para identificar características topográficas o arqueológicas que no se pueden detectar en fotografías convencionales. Por ejemplo, las especies de vegetación y la estructura de crecimiento relacionadas con las características arqueológicas enterradas se pueden identificar y clasificar en imágenes remotamente adquiridas. El espacio público puede ser manejado más fácilmente usando la información adquirida remotamente para clasificar las áreas de disturbio de un sitio, determinar los cambios en calidad del agua, cubierta de la vegetación, y topografía. Los mapas de la detección del cambio se pueden producir para determinar y para cuantificar cambios en disturbio, cubierta de la vegetación y en terreno en un cierto periodo. Los Biólogos utilizan imágenes remotamente adquiridas para identificar biodiversidad en regiones para la conservación. El éxito de la re-vegetación en áreas restauradas puede ser identificado, cuantificado y supervisado en un cierto periodo. Se pueden realizar las clasificaciones de la vegetación para determinar la cubierta y la composición del tipo de vegetación. Las áreas de pantano pueden ser delineadas y supervisadas, y el cambio en cubierta y grado del bosque puede ser predicho. Los Geólogos utilizan las imágenes basadas en los satélites para identificar zonas de fallas, estudiar la geomorfología de formas de la tierra específicas, determinar los cambios dinámicos de los acontecimientos naturales, interpretar las características superficiales que indican depósitos minerales, del petróleo y gas, y del agua subterránea. FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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Los Hidrólogos pueden desarrollar sistemas de supervisión de la calidad del agua con imágenes de satélites identificando los sitios en donde el agua subterránea se descarga a la superficie, y determinando el grado y la intensidad de la contaminación del agua. Los Científicos del suelo pueden proporcionar detalles adicionales a las encuestas existentes sobre el suelo para delinear tipos del suelo con datos remotamente adquiridos, y el potencial para la erosión y la deposición del suelo puede ser modelado.


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CAPITULO VII. Metodología de la fotointerpretación forestal La interpretación de fotografías aéreas o imágenes de satélite es un conjunto de técnicas avanzadas de la percepción remota, utilizadas para obtener y analizar información sobre la biosfera utilizando las propiedades de las ondas electromagnéticas (emitidas o reflejadas por los objetos) desde los satélites a través de los sensores remotos tales como los barredores multiespectrales y los barredores infrarrojos termales y otr os sensores.

7.1. Fotointerpretación forestal La fotointerpretación es una técnica de examinar imágenes fotográficas de los objetos con propósitos de identificar (vegetación, suelo, agua) y deducir su significado. Sin embargo la fotointerpretación aplicada no es más que resultados combinados de razonamiento deductivo e inductivo basado en los principios de causa y efecto. La fotointerpretación es una de las herramientas básicas para muchas investigaciones forestales, que nos permite obtener valiosa información de manera rápida y económica, en comparación con levantamientos terrestres tradicionales Las fotografías aéreas convencionales y digitales, siguen vigentes como herramienta de teledetección remota utilizada en la cuantificación de diversos parámetros del bosque y seguramente seguirán siendo una de las más importantes por largo tiempo, a pesar de las nuevas herramientas de la teledetección remota que son las imágenes satélites digitales

7.2. Proceso de fotointerpretación El proceso técnico y mental de la fotointerpretación ha recibido muy escasa atención sistemática. Así también parte de la fotointerpretación está basada en el criterio del fotointerprete. La fotointerpretación debe estar más ligada con la objetividad y si es posible con las mediciones. Dos aspectos deben ser motivo de especial atención en el planeamiento de un trabajo de fotointerpretación que son: 1. Niveles de referencia para interpretación. 2. Las diferentes clases o fases de la fotointerpretación. En el primer caso es el conocimiento general así como científico que un intérprete o un grupo de intérpretes aportan al estudio de la fotografía aérea. Por ejemplo el forestal tiene un amplio nivel de conocimientos sobre bosques. La imagen satelital es como una fotografía del área en observación, para su interpretación se necesita de una persona que conozca bien la zona de trabajo. Cuanto mas se reconoce la región presentada mejor interpretación se puede realizar. FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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Por lo tanto el proceso de fotointerpretación se inicia desde lo más simple hasta lo más complejo: Lectura fotográfica. Es la técnica que se ocupa del reconocimiento y posición respectiva (ubicación) de los aspectos en los que hay intervención humana, vida animal y aspectos comunes del terreno. El interés básicamente está en la apariencia fotográfica de objetos o imágenes como edificios, puentes, campos cultivados, bosques, ríos, etc. Análisis fotográfico. Es definido como el proceso de separación de cualquier objeto, fenómeno, imagen, etc. en sus partes constituyentes o elementos. Así como el examen de cualquier cosa en que pueden distinguirse sus partes en forma separada y su relación con el todo. Interpretación fotográfica o fotointerpretación. Esta es la fase final, considerada como una ciencia, arte u oficio. Es la más difícil y avanzada técnica de los métodos de evaluación. Resumiendo las tres fases previamente indicadas el proceso de la fotointerpretación, se deben seguir los siguientes pasos: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Detección Reconocimiento Análisis Deducción Clasificación Interpretación e idealización

7.3. Delimitación de los niveles de detalle Los bosques tropicales y subtropicales son sumamente complejos en relación a otros bosques de climas templados. Esta complejidad se presenta en sus características de composición florística y las condiciones fisiográficas donde se halla localizada. La enorme extensión dificulta su clasificación y nomenclatura por este motivo se fijan niveles de trabajo: Estudios exploratorios Estudios semidetallados Estudios detallados Estudios especiales El estudio de nivel de reconocimiento y exploratorio, es un trabajo que ofrece una información bastante amplia o visión de conjunto del bosque. (Fisonómico) El nivel semidetallado contribuye a una clasificación especifica más que la obtenida en estudio exploratorio e ingresa en la descripción de los denominados “tipos de bosque” (Fisiográfico – florístico)


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El nivel detallado se ocupa de la descripción de estratos bien diferenciados. Ofrece información directa para trabajos de prefactibilidad o factibilidad, aprovechamiento, inventarios detallados y otros. El nivel especial es un trabajo de análisis exhaustivo sobre la morfología y composición del bosque que permite trabajos de investigación de alto nivel como por ejemplo la elaboración de tablas de volumen, con uso de fotografías aéreas, identificación de especies, plan de carreteras etc.

7.4. Unidades diferenciales de los bosques A nivel de reconocimiento o exploratorio. Se trata de diferenciar los recursos forestales y clasificarlos en forma general en: 1. Bosque primário denso o climax 2. Bosque secundário 2. Bosque degradado 3. Áreas de cultivo (Agricultura, pastos, plantaciones) 4. Áreas sin vegetación.( Áreas deforestadas) -

Bosque clímax Bosque clímax en llanura aluvial Bosque clímax en sistemas de colinas

Posteriormente tanto en la llanura aluvial como el sistema de colinas del bosque clímax es dividido: Llanura aluvial

Sistemas de colinas

Inundable o inundada No inundable Colinas bajas Colinas altas Montañoso

7.5. Claves de fotointerpretación Viene a ser una guía o colección siempre basada en criterios o definiciones precisas o llamadas claves. Este requerimiento es necesario por dos principales razones: 1. 2.

La fotointerpretación será tan uniforme como sea posible desde el principio al final del trabajo. las claves sirven como una referencia permanente para el fotointerprete. la fotointerpretación será tan consistente como sea posible independientemente de los fotointerpretes y las claves servirán para


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reducir las discrepancias entre fotointerpretes. También para servirá para el campo.

7.6. Metodología de la fotointerpretación 7.6.1. Método de análisis de elementos Se basa en el análisis sistemático de los elementos individuales visibles en las fotografías aéreas o imágenes satelitales. El análisis y selección de los elementos dependen mucho de las condiciones locales y del propósito del estudio. Existen varios métodos de operación cuando se utiliza el análisis de elementos, podemos mencionar:

a)

b) c)

El proceso consiste en hacer un calco por separado para la interpretación de cada elemento por ejemplo ríos, bosques deforestados, bosques primarios etc. que presenta una serie de tonalidades, texturas, patrones, formas etc. Interpretar en un mismo calco con lápices de diferentes colores. Otro método de operación consiste en analizar todos los elementos y deducir discretamente cuales pueden ser las unidades de mapeo.

7.6.2. Método de análisis fisonómico Este método se limita estrictamente a las formas externas de un área. Tal como aparece en la imagen. Teóricamente entre mas alto sea el contraste entre dos objetos en la imagen, será mas fácil distinguirlos. Entre mas fácil sea un objeto de distinguir, mayor el potencial para una interpretación rápida y correcta En este tipo de análisis se delimitará sobre las fotografías o imágenes satelitales, unidades que tengan uniformidad de apariencia Aunque debemos recordar que determinada apariencia es causada por elementos que se encuentran dentro del área estudiada.

7.6.3. Método de análisis fisiográfico Este método implica el conocimiento y entendimiento de los procesos que han contribuido a darle forma de una determinada área, lo que nos dará una idea sobre las características internas del medio físico. El clima y el material parental constituyen características básicas para la delimitación de unidades fisiográficas. Utilizando el método de análisis fisiográfico definir las distintas unidades a nivel de grandes paisajes del ámbito de estudio. Asimismo en la imagen de radar identificar los distintos patrones de drenaje y relacionar con las condiciones de relieve del lugar


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7.6.4. Método de análisis de patrones Se basa en la identificación de unidades mayores del paisaje y la división de estas en unidades pequeñas, caracterizadas por elementos patrones locales, forma de la tierra, drenaje, rasgos erosiónales, vegetación, tono fotográfico y rasgos culturales. 7.7. Factores de interpretación

a) Forma Figuras exteriores de un cuerpo o algunos elementos de la naturaleza, son importantes en la identificación de objetos. La forma de cualquier imagen es la característica que el intérprete considera incluyendo las proporciones relativas de longitud, ancho, altura y los contornos vistos en planta y perfil. Cuando la escala de la fotografía es grande nos da mejores ventajas. Las formas del terreno y del drenaje (y la repetición de éstas en un patrón), están asociadas a un tipo de relieve y éste, a su vez, determinado por un tipo de formación geológica.

b) Sombra Es un elemento de reconocimiento principalmente para el uso de su forma y tono de la fotografía. La sombra viene a ser la oscuridad relativa de un área de la cual se han excluido los rayos directos d e una fuente de luz (usualmente el sol) por la interposición de un objeto opaco (obstrucción del terreno) Las sombras pueden servir para interpretación e identificación de especies forestales, sobre todo cuando tales objetos no son fácilmente reconocibles, desde la vertical pero dan lugar a una sombra cuyo perfil resulta característico.Las sombras, son para nosotros, fenómenos naturales, y en nuestra vida común, frecuentemente juzgamos el tamaño o forma de los objetos o personas por la observación de la sombra que ellos arrojan. Las sombras presentes en las fotografías aéreas muchas veces ayudan al intérprete proveyéndole de representaciones en perfil de los objetos de su interés.


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c) Tono fotográfico. Es una medida de la cantidad relativa de luz reflejada por un objeto y generalmente registrada en la fotografía. El rango de variación de negro a blanco se ve mejor en la fotografía pancromática. El tono fotográfico es dependiente de la reflectividad de la luz y a la vez es dependiente de la localización del objeto con respecto al sol. El tono fotográfico también es importante en combinación con otros elementos de reconocimiento, tales como la textura de la tierra. Algunos autores consideran que los contrastes tonales son las mejores clases para el reconocimiento de las características captadas en la clasificación de la vegetación y suelo.

d) Textura. La textura es definida como la frecuencia de cambio de tono dentro de la imagen y que es producido por un agregado de características de unidad bastante pequeños para ser definidos individualmente en la fotografía. La escala de la fotografía por lo tanto tiene importancia en la definición de la textura. La textura puede describirse como un patrón demasiado fino producto del agregado de rasgos uniformes en el que no podemos reconocer objetos individuales.


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Ejem: Textura gruesa Textura fina

e) Patrón o muestra Es el arreglo o disposición espacial de varios rasgos (geológicos, topográficos, vegetación) del objeto en una secuencia repetitiva y en un orden característico bidimensionales o de un solo plano o tridimensional. Si las características que conforman una muestra o patrón son pequeñas para ser identificados como es el caso de fotografías a pequeña escala, estas pueden formar parte de la textura fotográfica. Puede definirse el Patrón, como la repetición sistemática de formas. En los estudios de ciencias de la tierra, siempre se ha puesto especial énfasis en el patrón como un indicio importante de la función, del origen o de ambos, de aquellos elementos que la determinan. Los patrones de cultivos pueden proveer al geólogo de claves para la identificación de estructuras geológicas y fundamentalmente los patrones de drenaje brindan estrechas asociaciones con las estructuras, la litología y la textura de suelos.


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f) Sitio o distribución de los objetos. Es la posición ocupada por un lugar, es decir un rasgo geológico, topográfico o vegetación, de un objeto en relación a un medio o alrededor local. El sitio es útil en la identificación de la vegetación, tipos de rocas o de suelo. Ejemplo: hay especies que crecen en pantanos, en tierra alta, bien drenada o en arenales.

g) Tamaño Las consideraciones del tamaño de los objetos puede resultar de gran utilidad en los trabajos de fotointerpretación, dado que las dimensiones de los componentes del paisaje ayudan en ocasiones a su identificación y nos permite evitar el caer en graves errores de apreciación. En las fotografías aéreas la superficie de los objetos es la que nos la medida del tamaño de los mismos con lo que conociendo las dimensiones de algún elemento fácilmente reconocible puede ayudarnos a identificar otros que aparecen en la imagen.


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CAPITULO VIII. Ejemplos de procesamiento de imagen satelitales y fotografías aéreas 8.1. Descargar imágenes satelitales de GLCF Este servidor ofrece Imágenes satelitales Landsat MSS, T M y ETM+; ASTER; MODIS; NOAA AVHRR; Modelos de elevación digital (DEM) SRTM, y otros productos elaborados como composiciones multi-temporales de imágenes, NDVI, y otros. La mayoría de las imágenes y productos disponibles están en formato GeoTiff por lo que pueden ser importados directamente a muchas aplicaciones SIG


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Link: http://glcfapp.glcf.umd.edu:8080/esdi/index.jsp

Seleccionar el modo de búsqueda mapa (Map Search)

8.1.1. Modo de búsqueda: Mapa Primero tildar las casillas del producto que se quiere bajar, en este caso serán imágenes Landsat MSS, TM y ETM+, y luego hacer clic repetidamente sobre el lugar deseado del mapa (dar tiempo a recargar la página entre cada clic!) hasta visualizar bien el área de interés y la ubicación y cobertura de las escenas Landsat disponibles (señaladas como rectángulos rojos).


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Activar ETM+; TM y MSS de Landsat Imagery. Este signo con “ +” nos indica para seleccionar una imagen satelital y hacer clic sobre la escena.

En caso de error, se utiliza el signo “-“ para deseleccionar una imagen satelital.

Hemos seleccionado una imagen, se marca de un cuadro con borde amarillo. Luego se hace clic en Preview & Download, para descargar la imagen seleccionada. FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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Para descargar esta imagen hacemos clic en Download y se abrirá una ventana.

En esta ventana se ve un listado de imágenes disponibles, para ver una vista previa de la imagen hacemos clic en [ID] de la tabla, cada número es una imagen, que ha sido tomado en año, como por ejemplo tenemos: 0,15 – 129 ha sido adquirido el día 6 de julio del 200, Landsat ETM +, localizada en el Perú.

Allí se pueden ver las bandas individuales en formato GeoTiff, por ejemplo L71007066_06620000706_B30.L1G.gz (banda 3), después de descargar se descomprime con wirar.


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8.2. Combinación de bandas en ArcGis 10 En ArcGIS para realizar composiciones de color se utiliza la función Composite Bands, a la cual se accede de la siguiente manera: Del ArcTool Box, damos clic en Data Manamegent Tools, seguido de Raster y luego en Raster Processing; donde finalmente seleccionamos la opción Composite Bands y agregamos todas bandas correspondientes.

Aquí buscamos la carpeta donde se encuentra las bandas y incorporamos en orden como: 3, 2 y 1; esto es un color natural.

Ruta para guardar el nuevo raster creado con el nombre de color_natural.


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Vemos la imagen con un fondo de color negro, en el siguiente caso pasamos a ocultarlo.

Activamos Display Background Value: (R,G,B)

El resultado nos da solo la imagen satelital

Agregamos un shp de Rupa

FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL Página 95 Rupa ubicado en la imagen

satelita.

Para tener la imagen satelital de la zona de estudio que en nuestro ejemplo es Rupa Rupa, extraeremos la forma del shp de Rupa Rupa. Incorporamos la imagen satelital

Incorporamos el shp Rupa Rupa para la extracción. Le damos la ruta para guardar como un raster.

Ubicación de Tingo María

El resultado nos dará una imagen satelital a la forma de Rupa Rupa


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8.3. Calcular el NDVI y la transformación Taselled Cap Simplemente se aplica el algebra de mapas, con raster calculater. En la siguiente figura se ilustran 6 bandas de la imagen utilizada, la región Rupa Rupa siempre está bastante nublada pero a manera del ejemplo que se quiere realizar será de mucha utilidad.

8.3.1. Calculo de NDVI con Raster Calculator En ArcToolbox entramos en Spatial Analyst tolos < Map Algebra < Raster Calculator En la ventana que nos aparece agregamos las capas correspondientes de acuerdo a la siguiente ecuación:  

     

El operador Float, en la ecuación, se utiliza para que el resultado de la operación sea punto flotante. Si se omite Float el resultado final va ser entero (cero y uno), lo cual es incorrecto para calcular este índice de vegetación.


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Incorporación de la formula

El resultado del NDVI es de color blanco a negro, para tener una mejor visión se cambia el color.

En esta figura se muestran en color rojo las fuentes de agua y el verde más oscuro corresponde la vegetación más saludable.


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8.4. Análisis de imagen satelital De acuerdo al IGAC (2005), el análisis visual de imágenes de satélite se realiza empleando tres bandas del sensor, coincidiendo con la capacidad de los monitores empleados en informática, monitores RGB. Los monitores poseen un total de tres cañones RGB, Red/Green/Blue (Rojo/Verde/Azul), con los que, por combinación de estos, se construye el resto de colores. Empleando estos tres colores se tiene la posibilidad de enviar en cada uno de ellos una banda del sensor, combinándose en la pantalla y dando como resultado los diferentes colores y tonos. Estos colores y tonos se emplean para la interpretación visual de las imágenes, combinando las bandas de manera que se da un primer acercamiento al contenido de la imagen. Las combinaciones de colores se emplean para discriminar aspectos geológicos, de vegetación, uso del suelo y morfología de zonas urbanas. El uso de imágenes de satélites tiene muchas aplicaciones en diversas disciplinas

como:

Geografía,

geología,

ecología, forestal, hidrología, etc. Se les suele utilizar en temas agrícolas, forestales, medio ambiente y recursos naturales, entre otros. El tema de interpretación de imágenes de sensores remotos es algo extenso, acá nos limitaremos a explicar el uso de la función Composite de ArcGis a través de algunos ejemplos.


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Agregamos en orden de menor a mayor de la banda 1 hasta la banda 7 y guardamos con el nombre de “composBandas”

.

Se visualizara con RGB, así como se muestra en la imagen.

8.4.1. Composición en Color Natural RGB 321

Se le da el nombre de color verdadero. Sirve para discriminar agua poco profunda, aguas turbias, corrientes, batimetría y zona con sedimentos. •

El azul oscuro indica aguas profundas.

•

El azul claro representa aguas de mediana profundidad.

•

El color verde amarillo indica aguas turbias.

•

La vegetación se ve con tonalidades verdes.

•

El suelo desnudo se observa con tonalidades amarillentas y plateadas.


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Hacemos anticlic en B1_CompositeBanads y entramos en properties…para ver sus propiedades.

Entramos en simbology y ponemos la composición RGB 321 y activamos Appy Gamma Stretch.

Para cortar en la forma del área del estudio que es la cuenca entramos en Spatial Analyst Tools siguiendo Extraction y Extract by mask.

Incorporamos B1_composteBands1 y el shp de la forma que vamos a cortar. FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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8.4.2. Composición en falso color RGB 432

En esta composición se realza la vegetación y las zonas urbanas quedan bien identificables. •

El rojo-magenta muestra vegetación vigorosa, cultivos regados, bosques naturales.

•

El color rosa indica la presencia de vegetación menos densa o vegetación en temprano estado de crecimiento. Igual indica la presencia de pastos.

•

Blanco indica la presencia de nubes.

•

El color marrón permite relacionar la presencia de bosques planos, vegetación arbustiva en función de la densidad.

•

Azul oscuro o negro muestra superficies cubiertas parcial o totalmente por agua: ríos, canales, lagos, embalses y represas.

•

Gris y azul metálico muestran ciudades y áreas pobladas, arenas, suelos desnudos, canteras, depósitos salinos.


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8.4.3. Composición en Falso Color RGB 453

El agua se ve de color azul oscuro. Los diferentes tipos de vegetación se muestran en colores marrones, verdes y naranja. El suelo desnudo tiene tonalidad azul clara. El suelo húmedo se muestra más oscuro. Se usa para analizar la humedad del suelo y la vegetación. En la figura siguiente: las zonas urbanas se observan de color azul claro.


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•

Las áreas urbanas se observan de color magenta.

•

Los pastos se ven de color verde claro.

•

Las zonas forestales varían de verde a verde oscuro

•

Los suelos desnudos se observan de colores rojos a rosados según la concentración de humedad.

•

El agua con tono azul oscuro.


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•

La vegetación que goza de buena salud de ve de color verde oscuro.

•

Las áreas urbanas se ven de color violeta.

•

Las zonas cubiertas por agua se ven en tonalidad negra.

•

Los suelos desnudos se ven con tonalidades de rosado a rojo, dependiendo del contenido de humedad.

•

Las nuves se ven de color blanco.


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•

Esta composición muestra las zonas urbanas de color azul claro a plateado.

•

La vegetación se observa en tonalidad que varía de color marrón a negro, dependiendo de la densidad y su estado sanitario.

•

El agua se observa en tonalidades que van del azul al negro, dependiendo del contenido de partículas en suspensión.

•

Los suelos desnudos se ven en tonalidades del amarillo.


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CAPITULO IX. Georeferenciación de unas imágenes fotográficas y vectoriales con ArcGis El sistema de coordenadas es un marco de referencia conformado por un conjunto de puntos, líneas, y/o superficies y un conjunto de reglas utilizadas para definir la posición de los puntos en un espacio bi ó tridimensional. Los sistemas de coordenadas permiten que los sets de datos puedan trasladarse de un sistema a otro. ArcGIS utiliza tres sistemas de coordenadas: geográfico (lat, long), proyectado (metros) y vertical (m). La georeferenciación consiste en asignar coordenadas cartográficas a una imagen utilizando puntos de control cuya posición se conoce tanto en la imagen como el sistema de coordenadas utilizado en el proceso de georeferenciación. El objetivo del presente tutorial es que usted aprenda cómo georeferenciar imágenes utilizando la herramienta de Georeferenciación de ArcGIS. Un segundo objetivo es que usted evalúe el error posicional en la imagen georeferenciada. El presente tutorial trata de ofrecer un balance entre conocimientos (saber), habilidades (poder hacer) y actitudes (querer hacer) de tal forma que el profesional desarrolle sus capacidades humanas o competencias y no solo su capacidad de utilizar un programa informático.

9.1. Pasos para la georeferenciación a. Activar herramienta de georeferenciación. Para visualizar esta herramienta haga un clic sobre Customize, seleccione Toolbars y luego haga un clic sobre Georeferencing.

ArcMap le muestra la siguiente ventana


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b. Adicionar imagen a georeferenciar y capa georefernciada

Adicione la imagen a georeferenciar de Tingo.JPG. Imagen del 19 enero 2005 descargada de Google Earth. El sistema de coordenada es Universal Transversal Mercator (UTM), datum WGS84 Zona 18 en el hemisferio sur. Cuando utilice otro archivo raster como fuente para la georeferenciación usted puede ajustar su grado de transparencia para facilitar la selección de puntos de control activando la herramienta de efectos. Para visualizar esta herramienta haga un clic sobre View, seleccione Toolbars y luego haga un clic sobre Effects.

c. Punto de control

Las coordenadas (X, Y) de 3 puntos como mínimos obtenidos con GPS de la cobertura de la fotografía se digitan en Excel, se guarda en una carpeta que deseas.

En este ejercicio el archivo se llama Punto de control.


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Exportamos los puntos en formato shp. En la barra de herramientas de Georeferencing seleccione Layer: Tingo.jpg, luego haga un clic sobre Georeferencing y seleccione Fit To Display.

ArcMap ajusta la imagen a la extensión de archivo vectorial. Observe que en este caso la extensión de la imagen no cubre completamente el área del archivo vectorial.

Los puntos de control son elementos visibles tanto en la imagen a georeferenciar como en un mapa, ortofoto o en el campo. Dichos elementos proveen las coordenadas del sistema de Referencia Cartografico al cual se desea georeferenciar la imagen. Adicione los puntos de control. Para adicionar puntos de control primero hagan un clic sobre este icono . FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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Luego haga un clic sobre el primer punto de control en la imagen y en su homólogo en la capa vectorial. Hacer clic primero en imagen y luego en el archivo vectorial. Utilice el mismo procedimiento para adicionar al menos tres puntos de control. Asegúrese que los mismos cubren la mayor extensión posible de la imagen como se muestra a continuación. Observe que se ha tratado de ubicar los puntos de control de tal forma que cubran toda el área a georeferenciar. Recuerde que los puntos de control deben ser claramente visibles tanto en la imagen como en el archivo vectorial o de referencia utilizado para la georeferenciacion.

d. Una vez digitados al menos 3 puntos de control, active Update Display (actualizar pantalla) del menú de Georeferenciar.

Recuerde que la calidad posicional de la imagen georeferenciada será tan buena como la calidad de los geodatos utilizados en el proceso de georeferenciación y la adecuada selección de los puntos de control.

e. A continuación determinaremos cuánto es el desplazamiento (m) entre la ubicación de los puntos de control en la imagen y en el archivo vectorial. Haga un clic sobre el icono de la tabla para visualizar la tabla que contiene los puntos que vinculan una posición en la imagen con su posición homóloga en el archivo vectorial.


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Los resultados son halagüeños ya que la raíz cuadrada del error medio cuadrático (RCEMC) (RMS Error por sus siglas en inglés) es 7,7 m. Dado que estamos utilizando un archivo vectorial a escala 1:25,000 para georeferenciar la imagen, un error inferior a 12 m sería aceptable1.

Nota: Es muy posible que los valores de su tabla sean diferentes; ya que dependerán del número y ubicación de sus puntos de control. El anexo 1 muestra qué hacer cuando los errores son inaceptables para la calidad requerida por la imagen georeferenciada.

¿Cómo seleccionar la transformación a utilizar para georeferenciar la imagen? Una vez obtenido un error planimétrico de registro preliminar y aceptable para su escala de trabajo o para la calidad posicional requerida por su producto, usted debe elegir la transformación a utilizar para georeferenciar la imagen. Se requieren de al menos 3 puntos de control para utilizar un polinomio de primer grado, 6 puntos para un polinomio de segundo grado y 10 para un polinomio de tercer grado ó para el método spline (curva definida en porciones mediante polinomios).


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A continuación se ilustra el efecto del método de transformación en la deformación de la imagen georeferenciada.

Efecto del método de transformación en la deformación de la imagen georeferenciada. Fuente: Ayuda ArcGIS. A continuación se describen los métodos utilizadas por ArcMap para estimar los parámetros de las ecuaciones que describen la relación entre la posición de las columnas y filas y el Este y Norte, respectivamente, del sistema de referencia utilizado para georeferenciar la imagen.


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Características de los métodos de ajuste disponibles en ArcMap Método de ajuste

Descripción del método

Utiliza un polinomio de primer grado. Polinomio Esto permite corregir distorsiones de grado 1 o simples en la imagen. Los pixeles affine. cuadrados y rectangulares de la imagen (3pts)* son transformados en paralelogramos en la imagen georeferenciada. Utiliza un polinomio de segundo grado. Esto permite corregir distorsiones más complejas en la imagen pero a la vez Polinomio esto deforma un poco más la imagen de grado 2 georeferenciada. Para utilizar esta (6pts)* ecuación se requiere de un mínimo de 6 puntos de control; sin embargo, es deseable tener al menos 12 puntos para lograr un ajuste razonable.

Polinomio de grado 3 (10pts)*

Spline (10pts)

Ajustar ** (3pts)

Utiliza un polinomio de tercer grado. Esto permite corregir distorsiones más complejas en la imagen pero a la vez esto deforma sustancialmente la imagen georeferenciada. Utiliza una función “spline” conformada por porciones de polinomios que mantienen la continuidad y suavizado entre polinomios adyacentes. Este método no genera errores porque la transformación ajusta exactamente la posición del pixel con su posición en la fuente georeferenciada; esto optimiza la exactitud local pero no la global. Utiliza un algoritmo que combina la transformación polinomial con el método de interpolación de triángulos irregulares (TIN, por sus siglas en ingles). Este método no genera errores porque la transformación ajusta exactamente la posición del pixel con su posición en la fuente georeferenciada. Sin embargo optimiza tanto la exactitud local como la global.

Uso

La imagen a georeferenciar necesita ser desplazada, escala y rotada. Se puede utilizar con mapas escaneados ó imágenes verticales y en terrenos casi planos. Para utilizar esta ecuación se requiere de un mínimo de 3 puntos de control; sin embargo, es deseable tener al menos 6 puntos para lograr un ajuste razonable.

La imagen a georeferenciar necesita ser desplazada, estirada, escala, rotada y curvada o doblada. Se puede utilizar con mapas escaneados ó imágenes verticales y en terrenos casi planos. Esta ecuación deforma la imagen y por lo tanto debe utilizarse cuando la ecuación de orden 1 brinda un ajuste inaceptable. La imagen a georeferenciar necesita ser estirada, escala, rotada y/o doblada. Se puede utilizar con mapas escaneados ligeramente deformados ó imágenes verticales y en terrenos con algún grado de pendiente. Esta ecuación deforma la i magen y por lo tanto debe utilizarse cuando las ecuaciones de orden 1 ó 2 brinden un ajuste pobre. Para utilizar esta ecuación se requiere de un mínimo de 10 puntos de control; sin embargo, es deseable tener al menos 20 puntos para lograr un ajuste razonable.

Utilice “spline” cuando requiera mantener la exactitud de los puntos de control en la imagen georeferenciada. Requiere de al menos 10 puntos de control; sin embargo al aumentar el número de puntos de control mejora la exactitud de la transformación.

Utilice “ajustar” cuando requiera mantener la exactitud de los puntos de control en la imagen georeferenciada pero a la vez desea controlar el error global en la imagen geroreferenciada. Se recomienda un mínimo de 6 puntos de control; sin embargo al aumentar el número de puntos de control mejora la exactitud de la transformación.

Fuente: Basado en Ayuda ArcGIS. * La transformación polinomial ajusta una ecuación de regresión (método de mínimos cuadrados) utilizando las posiciones de los puntos de control. El FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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método optimiza la exactitud global pero no la local. Por esta razón ArcMap calcula los errores de ajuste (RMS Error) entre la posición de los puntos de control en la imagen y en el archivo georeferenciado o de referencia.

** Según Ochis y Russell (sf), al comparar la exactitud de las transformaciones polinomiales de segundo y tercer grado con el método “Ajustar” (uso de de triángulos irregulares y regresiones polinomiales de primer grado), este último produjo transformaciones más exactas tanto en terreno plano como en terreno montañoso. Sin embargo la transformación no remueve totalmente el efecto del desplazamiento del terreno y la calidad del ajuste depende del número y distribución de los puntos de control.

Ajuste de mínimos cuadrados de ecuaciones polinomiales de primer (A), segundo (B) y tercer grado (C) a una superficie hipotética. Fuente: Ochis y Russell (sf).

Seleccionar método de transformación geométrica y actualizar georeferencia Una vez finalizada la selección de los puntos de control y seleccionado el método de transformación geométrica, usted puede elegir entre: 1. Almacenar los parámetros de transformación en un archivo de georeferenciación (World File) utilizando el comando Update Georeferencing (actualizar georeferenciación) ó, FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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2. Transformar de manera permanente la imagen después de georeferenciarla utilizando el comando Rectify (rectificar). Update Georeferencing (actualizar georeferenciación): Crea un archivo con el nombre de la imagen pero con la terminación *.aux.xml así como un archivo de mundo real (world file).

Rectify (rectificar): Este comando rectifica la imagen y crea una nueva imagen con el sistema de coordenadas del archivo utilizado en el proceso de georeferenciación. Usted puede elegir entre los siguientes formatos: GRID, IMG, TIFF, BMP, GIF, JPEG, JPEG 2000, ó PNG. Para mayores detalles sobre cada tipo de archivo ver el anexo 3. Nota1: Si usted desea utilizar la imagen georeferenciada con otros sets de geodatos en ArcGIS, no es necesario transformarla permanentemente; sin embargo si desea realizar algún análisis ó utilizarla con otro software que no reconozca el formato del archivo de georeferenciación, la imagen debe transformarse de manera permanente utilizando el comando rectify (crear una nueva imagen). Nota2: Si usted tiene un archivo como el GeoTIFF que mantiene los parámetros de georeferenciación como parte del encabezado del archivo y desea que ArcGis utilice los parámetros de transformación almacenados en un archivo de mundo real, usted debe indicarlo en el menú de herramientas, opciones, pestana raster, general: utilizar archivo mundo real. Clasificación digital en Arcgis 10 En una clasificación supervisada, la identidad y ubicación de algunos de los tipos de cobertura del suelo (e.g. agricultura, urbano, humedal) son conocidos de antemano a través de trabajo de campo, análisis de fotos aéreas, o experiencia personal (Mausel et al., 1990). En una clasificación no supervisada, la identidad de tipos de cobertura a ser clasificados no es conocida de antemano ya que no se tiene datos de control de campo. En este caso, la computadora necesita agrupar píxeles con características similares en grupos o clusters únicos de acuerdo con criterios determinados estadísticamente (Jahne, 1991). El analista combina y reclasifica los grupos estadísticos en asociaciones de pixeles que representen la realidad del paisaje. Para esto es necesario tener un esquema lógico de clasificación que contenga definiciones taxonómicas correctas de las clases de información, que están organizadas de acuerdo a criterios lógicos. Por ejemplo, el U.S. Geological Survey (USGS) utiliza un esquema de clasificación orientado en la cobertura del suelo para el mapeo del territorio mediante el uso de imágenes satelitales. Ya que el territorio de los E.E.U.U. es tan extenso, la colección de datos in situ es inadecuada. En su lugar, la teledetección se usa para la colección de información en la cual se base el sistema de clasificación. Otros esquemas se enfocan específicamente en el uso del suelo, por ejemplo el Manual de Codificación Standard de Uso del Suelo (SLUC en inglés). FOTOINTERPRETACION Y TELEDETECCION FORESTAL

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Este manual se basa en observaciones in situ. En ArcGIS agruparemos las clases obtenidas en MultiSpec en categorías funcionales que representen tipos de uso y cobertura del suelo reales. Es decir, de las 30 clases obtenidas en MultiSpec, se procederá a combinarlas para obtener 4 o 5 que sean representativas del sitio de estudio y evitar redundancia de información. Este procedimiento es necesario ya que dos o más categorías de la clasificación original pueden estar representando un mismo tipo de uso o cobertura en la realidad. Para esto, se necesita reagrupar las clasificaciones originales para cada año y crear rasters con el nuevo número de categorías.


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BIBLIOGRAFIA CONSULTADA CARRERA, F. 2005. Inventarios Forestales. XVII Curso Intensivo Internacional Manejo Diversificado de Bosques Naturales Tropicales. CATIE. Turrialba, Costa Rica.47 p. CIAF (1994). SLAR en la mapificación de los bosques húmedos tropicales, Colombia. CIAF (1995) Sensores remotos y Principios de Percepción remota. CIAF. Colombia. CHUVIECO E, (1996) Fundamentos de Teledetección Espacial, 3ra. Edición, Madrid, España.

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Foto y Teledeteccion Forestal 2012

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